Электрические методы обработки материалов - Могорян Н.В.
Скачать (прямая ссылка):
диссоциации, которая основывается на следующих положениях:
- молекулы ряда веществ, называемых электролитами, распадаются в растворе
на положительно и отрицательно заряженные ионы;
- при растворении только определенная часть молекул распадается на ионы.
Доля молекул, распавшихся на ионы, зависит от температуры, природы
растворителя и электролита, от его концентрации.
Появившиеся в результате диссоциации ионы - частицы, несущие
электрический заряд,- способны перемещаться под действием электрического
поля, что и определяет электропроводность растворов электролитов.
Каждый ион в растворе электролита окружен ионной атмосферой, т. е.
ионами, имеющими заряд, противоположный по знаку заряду этого иона, и
молекулами растворителя. Под действием приложенного к погруженным в
раствор электродам электрического напряжения ионы электролита начинают
перемещаться, т. е. через раствор начинает идти электрический ток. При
движении в растворе ионы испытывают тормозящее действие как со стороны
молекул растворителя, так и со стороны расположенных вблизи ионов -
ионной атмосферы. Кроме того, при движении иона в одном направлении
навстречу ему движутся ионы противоположного знака, которые увлекают за
собой молекулы растворителя, как бы создавая поток растворители навстречу
движущемуся иону, что обусловливает дополнительное тормозящее действие
движению иона. По этим причинам растворы электролитов так же, как и
металлические проводники, обладают определенным сопротивлением
прохождению электрического тока.
Известно, что при погружении металла в электролит в результате
взаимодействия на границе раздела фаз между ними возникает разность
электрических потенциалов, что связано с образованием двойного
электрического слоя, т. е. несимметричного распределения заряженных
частиц у границы раздела фаз (рис. 107). Возникновение разности
потенциалов металл - электролит основано на переходе катионов
(положительно заряженных ионов) из металла в электролит или в обратном
направлении. Скорости прямого и обратного
180
Ч______________________________ /
Рис. 107 Рис. 108
переходов неодинаковы и в общем случае зависят от природы металла
электрода и электролита.
Переход катионов в раствор нарушает электрическую нейтральность системы
металл - электролит. Число катионов в металле уменьшается, в то время как
число электронов остается неизменным. Следовательно, металлическая
поверхность приобретает избыточный отрицательный заряд, а раствор -
избыточный положительный заряд. Катионы, скопившиеся у поверхности
металла, не могут покинуть ее и удалиться в глубь раствора, так как этому
препятствует электростатическое притяжение между катионами и избыточными
электронами на поверхности металла. При этом образуется двойной
электрический слой, схематически показанный на рис. 107, а.
Однако, если раствор электролита содержит ионы металла электрода,
возможно осаждение катионов металла на поверхности электрода. При этом
поверхность металла электрода приобретает избыточный положительный заряд
за счет катионов, осаждающихся на ней, а остающийся в растворе избыток
анионов (отрицательно заряженных ионов) сообщает ему отрицательный заряд.
В данном случае возникает двойной электрический слой с противоположным .
распределением зарядов (рис. 107,6).
Двойной электрический слой можно уподобить конденсатору, одна из обкладок
которого представляет собой поверхность металла, а другая - слой ионов в
растворе у поверхности металла. Между разноименно заряженными обкладками
и возникает разность, или скачок потенциала.
С
Р-Р
е (c) (c)
е (c) (c)
е (c) (c)
е (c)
(c)
е е (c)
181
Если в электролит погрузить два электрода и через образовавшуюся
электрохимическую систему (рис. 108) пропустить постоянный электрический
ток, то при этом нарушатся равновесие электрических зарядов и структура
двойного слоя на электродах. Источник ЭДС будет отсасывать электроны из
одного электрода (анода) и подавать их в другой (катод). Удаление
электронов из анода увеличит количество катионов на его поверхности, а
следовательно, и скачок потенциала, а это приведет к тому, что катионы
металла будут переходить в раствор, т. е. анод будет растворяться
(окисляться). При этом образуются гидратированные ионы металла по реакции
Me-пе+пгНгО->-Men+ mH2o, (IV. 1)
где е - заряд электрона (электрон); Me - металл.
На электроде, подключенном к отрицательному полюсу источника постоянного
тока, происходит разряд образовавшихся ионов металла с выделением на его
поверхности слоя в виде нейтральных атомов, входящих в состав
кристаллической решетки металла (катодный или восстановительный процесс)
по реакции
Me^+mEEO-j-ne->-Me+mH20. (IV.2)
Зависимость между количеством прошедшего через электрохимическую систему
электричества и количеством прореагировавшего на электродах вещества
устанавливается законами Фарадея.
При практическом осуществлении электролиза часто наблюдаются кажущиеся
отклонения от законов Фарадея, что вызвано тем, что при электролизе на
