Глава 4 Основы электрохимии
Само название показывает, что электрохимия является разделом химии, связанным каким-то образом с электричеством. Поэтому определение электрохимии должно исходить из определения химии как науки и вместе с тем учитывать специфические особенности именно данного раздела химии.
Химия – это «наука о превращении одних веществ в другие в результате перераспределения химических связей атомов и перестройки их электронных оболочек». (Н.С. Ахметов).
Следовательно, электрохимия так же изучает превращения веществ. Но какой смысл тогда имеет часть слова «электро»? Термин «электрохимия» видимо объединяет два вида явлений электрические и химические.
Следовательно можно сказать, что процессы взаимного превращения электрической и химической форм энергии называются электрохимическими, а раздел химии занимающийся их изучением электрохимией.
Электрохимические процессы подразделяются на равновесные – происходящие при отсутствии электрического тока или при его бесконечно малом значении, т.е. при скоростях близких к нулю, и неравновесные – имеющие место при прохождении тока измеряемых величин. Все они протекают с участием заряженных частиц и сопровождаются их переносом.
Практическое значение электрохимических процессов велико.
1. Они лежат в основе многих современных методов исследования и анализа: кулонометрии (измерения количества электричества) и кондуктометрии (измерение электрической проводимости), полярографии (измерение тока в зависимости от потенциала электрода), потенциометрии (определение зависимости равновесного потенциала от активности компонентов реакции) и др.
2. Электролизом в металлургии получают и очищают большинство легких и цветных металлов, а в химической промышленности (электросинтез) – целый ряд неорганических окислителей, некоторые органические соединения и газы (хлор, водород, кислород), в гальванотехнике (электроосаждение) – металлические слои на поверхности изделия.
3. Новая отрасль техники – хемотроника занимается разработкой и созданием электрохимических преобразователей информации, применяемых в качестве датчиков, сейсмических колебаний Земли, усилителей, выпрямителей, реле времени и др.
4. Электрофорез – разновидность электрокинетических явлений, используется как лечебный метод воздействия на организм постоянным током и лекарственными веществами, вводимыми при его помощи через кожу и слизистые оболочки.
5. усовершенствование и создание новых химических источников тока, изучение электрохимической коррозии и разработка эффективных методов защиты металлических материалов, являются важнейшими задачами прикладной электрохимии.
Теория электролитов.
Электролиты и их свойства.
Вещества, которые в растворе (или расплаве) состоят частично или полностью из ионов и обеспечивающие прохождение электрического тока, называются электролитами.
Представление о том, что в растворах электролитов существуют свободные заряженные частицы – ионы, не сразу утвердилось в электрохимии. Существенный шаг к современному представлению о строении растворов электролитов был сделан М.Фарадеем в 30х годах XIX века. Фарадей один из первых указал на возможность диссоциации электролита на ионы. Однако, по мнению Фарадея, это явление происходит только под влиянием электрического поля. Отсюда и буквальный смысл термина «электролит», предложенного Фарадеем, который в переводе с греческого означает «разлагаемый электричеством». Возникшие в результате такого разложения ионы (в буквальном смысле «скитальцы» или «странники»), устремляясь к электродам под действием электростатического воздействия переносят ток через раствор.
Однако, частично или полностью диссоциация электролита в растворе происходит и без всякого наложения поля. Об этом свидетельствуют группы явлений, обнаруженные различными исследователями при изучении растворов электролитов.
В конце XIX века Рауль и Вант-Гофф установили законы, связывающие концентрацию нелетучего растворенного вещества с такими его свойствами, как ОСМОС, понижение давления пара растворителя над раствором, понижения температуры замерзания и повышения температуры кипения растворов.
Эти свойства зависят только от количества частиц растворенного вещества, но не от его природы.
Все расчетные формулы предложены Раулем и Вант-Гоффом оказались справедливы только для растворов неэлектролитов, например для раствора сахара в воде. Для растворов электролитов (солей, кислот и гидроксидов), Экспериментальные значения оказались больше расчетных.
Для формального учета этого явления был введен поправочный коэффициент. Изотонический коэффициент Вант-Гоффа – i, который показывает во сколько раз общее число частиц в растворах электролитов больше, чем в растворах неэлектролитов той же концентрации.
Это послужило основой для создания теории электрической диссоциации, которая была сформулирована в 1887 г. С. Аррениусом.
