Предмет электрохимии
Электрохимия - это наука, которая занимается изучением закономерностей, связанных с взаимным превращением химической и электрической форм энергии, систем, в которых совершается данное превращение, а также гетерогенных явлений и процессов.
Предметом данной науки является изучение электрохимических систем, так как в них происходит взаимное превращение химической и электрической форм энергии.
Разделы электрохимии
Глобально электрохимия подразделяется на теоретическую и практическую. Теоретическая химия изучает общие закономерности электрохимических реакций, а именно законы подачи реагирующих частиц к границе раздела и отвода продуктов реакции, строение самой границы раздела, а также принципы равновесия в проводниках второго типа.
Практический же раздел электрохимии рассматривает способы применения электрохимических реакций в технологических процессах.
Теоретическая электрохимия в свою очередь делится на три раздела:
- учение о свойствах электролитов,
- термодинамика гальванического элемента,
- кинетика электродных процессов.
Электрохимические реакции и системы
Электрохимическими называют реакции, которые совершаются на границе раздела фаз и связаны с переносом через нее электрических зарядов в виде расчлененных актов окисления и восстановления.
Электрохимической системой является закрытое пространство, в котором может протекать по меньшей мере одна электрохимическая окислительная и восстановительная реакции.
Электрохимическая система содержит следующие составляющие:
- проводник 1 рода (металлический), который соединяет электроды и обеспечивает прохождение тока по ним;
- электроды - это электронопроводящие тела, которые контактируют с электролитом и тем самым обеспечивают обмен зарядами с участниками электрохимической реакции
- проводник 2 рода представляет собой ионный проводник электричества, то есть электролит
Говоря об электрохимической системе, необходимо упомянуть два понятия: гальванический элемент и электролитическая ванна.
Гальваническим элементом (химическим источником тока) называется электрохимическая система, которая производит электрохимическую энергию за счет протекания в ней химических реакций.
В данной системе электрод, который посылает электроны во внешнюю среду, называется отрицательным, а электрод, принимающий электроны из внешней цепи, является положительным.
Электролитическая ванна (электролизер) - это электрохимическая система, в которой химические превращения совершаются за счет внешней электрической энергии.
В данной системе электрод, который принимает электроны, называется анодом, а электрод, который отдает электроны, - катодом. В соответствии с этим анод является отрицательным, так как на нем происходит окисление, а катод - положительным, так как на нем происходит другой процесс - восстановление.
Законы Фарадея
Прохождение электрохимического тока через электрохимические системы связано с химическими превращениями, следовательно, должна существовать зависимость между количеством протекающего электричества и количеством прореагировавших веществ. Данная зависимость была открыта Фарадеем и была представлена в виде законов.
Первый закон сформулирован так:
Если на границе раздела «проводник первого рода - проводник второго рода» при прохождении постоянного электрического тока протекает одна и только одна электрохимическая реакция, то масса каждого из участников, претерпевших превращение, прямо пропорциональна количеству прошедшего через границу электричества.
Электрический ток, который проходит через границу раздела и вызывает электрохимическое превращение, называется фарадеевским током.
Другими словами, масса вещества, которая выделяется при электролизе, прямо пропорциональна количеству электрического тока, пропущенного через электролит.
Рассмотрим формулировку второго закона.
Если на границе раздела «проводник первого рода - проводник второго рода» протекает одна, и только одна, электрохимическая реакция, в которой участвует несколько веществ, то массы участников реакции, претерпевших превращения относятся друг к другу как их химические эквиваленты.
При пропускании через систему симметричного переменного тока (количество электричества, прошедшего в прямом и обратном направлениях, равны друг другу) электрохимическое превращение не возникает, а при пропускании через асимметричного переменного тока - возникает, так как через границу раздела проходит такое количество электричества, которое равно разности количеств электричества, прошедших в катодный и анодный полупериоды.
