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法拉第过程:电极上发生氧化还原反应(电极反应)并 伴随电子在金属-溶液界面间转移(跃迁)的过程。这一过程遵守法拉第定律,即:因电流通过而引起的化学反应的量与所通过的电量成正比。
电极反应导致的电流
—法拉第电流
非法拉第过程:在电极-溶液界面间没有电荷转移,不过随 着电势变化,由于吸附和脱附过程发生以及双电层的充放电,导致电极-溶液界面构造发生变化,并引起电流流动,这种电流流动过程称为非法拉第过程。不遵照法拉第定律。
界面电荷层
双电层(double layer):由于电极和溶液界面带有的电荷符号相反,故电极/溶液界面上的荷电物质能部分地定向排列在界面两侧。
当性质不一样的相接触时,在相界面上形成了不一样性质的电势差。
出现电势差的原因是带电粒子或偶极子在界面层中的非均匀分布。
界面电荷层的形成
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M
S
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M
S
M
S
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(a)离子双电层
(b)吸附双电层
(c)偶极双电层
自发形成的双电层
KCl
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Hg
强制形成的双电层
理想极化电极
2Hg – 2e- = Hg22+ , = V
K+ + e- = K , = -
理想极化电极:在一定的电势范围内,可以借助外电源任意变化双电层的带电状况(因而变化界面区的电势差),而不致引起任何电化学反应的电极。如KCl溶液中的汞电极。
不极化电极:指有电流通过时,电极与溶液界面间电势差不发生任何变化的电极。
思考:怎样用电阻与电容来表达理想极化电极和不极化电极的等效电路?
研究电极/溶液界面性质的意义
各类电极反应都发生在电极/溶液的界面上,界面的构造和性质对电极反应有很大影响。
2.界面电场对电极反应速度的影响
双电层电势差(即电极电势)为1 V,界面两个电荷层的间距为10-8cm时,其场强可达l08 V/cm
1. 电解液性质和电极材料及其表面状态的影响
析氢反应2H+ + 2e- —H2在Pt电极上进行的速度比在Hg电极上进行的速度大107倍以上
电极/溶液界面性质的研究措施
界面构造—在这一过渡区域中剩余电荷和电势的分 布以及它们与电极电势的关系。
界面性质—界面层的物理化学特性,尤其是电性质。
反应界面性质的参数:
界面张力γ、微分电容Cd、电极表面剩余电荷密度q
用试验措施测定界面参数,把这些试验测定成果与根据理论模型推算出来的数值相比较,假如理论值与试验成果比较一致,那么该构造模型就有一定的对的性。
研究措施:
电毛细曲线法
双电层微分电容法
电毛细现象
1. 电毛细曲线及其测定
对电极体系,界面张力(γ)不仅与压力、温度和界面层的物质构成有关,并且与电极电势()有关。这种界面张力随电极电势变化的现象叫做电毛细现象。
界面张力与电极电势的关系曲线叫做电毛细曲线。
一般用毛细管静电计测取液态金属电极的电毛细曲线.
(h)
显微镜测高仪
p — 附加压力
g — 界面张力
r — 弯液面曲率半径
rc — 毛细管半径
— 接触角
h — 汞柱高度