Диффузионная кинетика. Концентрационная поляризация

Перенос вещества при электродных процессах может осуществляться несколькими путями.

При прохождении тока вблизи электрода концентрация веществ меняется, так как одни компоненты раствора вступают в электродную реакцию, а другие образуются в результате реакции. Возникает разница концентраций в приэлектродном слое и в объеме раствора. Это приводит к молекулярной диффузии.

Вторым способом массопереноса служит перемещение частиц под действием электрического поля. Электростатическими силами ионы притягиваются к противоположно заряженным электродам. Это явление вызывает миграцию ионов.

Перенос вещества с потоком движущейся жидкости называют конвекцией. Этот перенос можно создать искусственно, применяя размешивание. В естественных условиях к конвекции может привести местное разогревание электролита в зоне реакции, образование газа и отрыв его пузырьков от электрода и т.д.

Чаще всего процессы диффузии изучают в двух вариантах: в непе-ремешиваемых электролитах в стационарных условиях или при контролируемом конвективном режиме.

то, согласно первому закону Фика:

  )

— концентрации потенциалопределяющих ионов

у поверхности электрода и в объеме раствора соответственно.

Если все ионы, которые подходят к электроду, сразу разряжаются, то по закону Фарадея имеем:

— число Фарадея.

Со ТП

Наибольший ток, который называют предельным диффузионным током, наблюдается когда С к 0, т.е. когда каждый приближающийся к

электроду ион немедленно вступает в электрохимическую реакцию. Соответственно имеем:

Таким образом, предельная плотность тока диффузии не зависит от потенциала (рис. 4.5).

  приводит к возникновению концентрационной поляризации, значение которой определяют по уравнению:

  )

Из уравнений (4.13) и (4.14) имеем:

График этой зависимости приведен на рис. 4.5.

В коррозионных процессах для анодной стадии растворения металла концентрационная поляризация наблюдается редко. В сопряженных катодных реакциях диффузионные ограничения часто имеют место.