超電勢(shì)
在許多電化學(xué)反應(yīng)中,電極上有電流通過時(shí)所表現(xiàn)的電極電勢(shì)( I )跟可逆電極電勢(shì)( r )之間偏差的大小(絕對(duì)值),叫做超電勢(shì)(曾用名過電勢(shì)),記作η,即η=| r - I |
可逆電極電勢(shì)( r )指在可逆地發(fā)生電極反應(yīng)(如在充電和放電時(shí))時(shí)電極具有的電勢(shì)。但是電化學(xué)反應(yīng)中(如電解操作),當(dāng)電流通過電極時(shí),發(fā)生的必然是不可逆電極反應(yīng)。產(chǎn)生偏差的原因主要是由于電池內(nèi)阻R引起的電勢(shì)降(IR)和不可逆條件下兩個(gè)電極的極化。發(fā)生電極極化的主要原因有兩種:
(1)濃差極化 當(dāng)有電流通過電極時(shí),因離子擴(kuò)散遲緩而導(dǎo)致電極表面附近的離子濃度跟本體溶液中的不同,使 I 和 r 發(fā)生偏差。這部分偏差叫濃差超電勢(shì)。將溶液強(qiáng)烈攪拌或升高溫度,加快離子擴(kuò)散,可以減小濃差超電勢(shì)。
(2)活化極化 當(dāng)有電流通過時(shí),由于電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的遲緩性造成電極帶電程度跟可逆情況時(shí)不同,導(dǎo)致 I 偏離 r 的現(xiàn)象。這部分偏差叫活化超電勢(shì)。一般金屬離子在陰極上被還原時(shí),活化超電勢(shì)數(shù)值都比較小。但有氣體析出時(shí),例如陰極析出H 2 ,陽極析出O 2 和Cl 2 時(shí),數(shù)值就較大。
超電勢(shì)跟通過電極的電流密度(i)有關(guān)。對(duì)電池來說,i越大,電池放電的不可逆程度越高,電池的端電壓越小,所能獲得電功也越少。對(duì)電解池來說,i越大,電解池放電的不可逆程度越高,兩極上所需外加電壓越大,所消耗掉的電功也越大。
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