分享

【电化学科普】溶液中的电阻?

 roseforgreat 2016-09-01


导读

这篇文章在于科普电化学中,电势差、电流(准确地说是法拉第电流)的物理意义,明确指出电解质溶液中的情况不适用欧姆定律。

www.huaxuejia.cn

1、什么是电极电势?

干电池有两个电极-正极和负极,提供的电压为1.5V。那么我们姑且可以简化地把这个1.5V看做是正负极之间的电势差。就像水会从高处往地处流一样,电流也是从电势高的正极流向电势低的负极。但我们更经常说电子,因为这个电子的转移得失,才是电化学中的“关键人物”。由于电子带负电,因此流动的方向是从电势低的地方流向电势高的地方。

那这个电极电势是什么呢?电极电势简单一点的理解,在一定程度上就是一个量化的衡量氧化性和还原性的物理量。因此,可能你经常会听身边的竞赛党用电极电势来判断氧化性、还原性强弱,进而判断一个氧化还原反应能不能发生或者物质能不能稳定存在。如果这个时候,你学过原电池或电解池的电极反应式是最好的啦。因为对于一个电极反应式,如M e-=M可以查表知道它的标准电极电势数值,这个数值既表示M 的氧化性有多强,也能表示M的还原性有多强。

电势差只表示,两个电极之间电极电势的差值,不代表反应能不能发生以及快慢。形象的比拟就是――高度差,从6米高、20米高、100米高的地方往下跳,你愿意选哪个?别急着选6米去跳。因为我告诉你,20米是从海面到海底的距离,而6米是在陆地上3楼跳到1楼。从3楼跳下,一般会摔伤,但跳到20米的海底,若有受伤却绝不会是摔伤的。而最后最坑人的是这个100米,你站在地面上绝对不可能跳到100m之下的土壤里去。

那么就像东西从高处掉下来,我们可以从它的运动速率及来分析下坠的各种问题――坠落前的高度和已经下坠了多久,还能下坠多久,考虑空气阻力的前提下,下坠能达到的最大速率等等。那么化学上,对电化学反应情况最直观的判断,并非电压,而是电流-法拉第电流。

2、电极过程的影响因素

举个例子,你被蒙住眼睛站在100米高的地方啦,有强盗用刀逼你往前迈一步。

而这个时候的你一定会紧张。下一步是100m深的深渊,还是海底,还是原地,你不知道。但是做为旁观的我们可以凭经验判断。非常不幸,下面是深渊。但是你放心,在你下坠的过程中,有这么几个东西会帮你。会不会摔伤,看你人品啦。

(1)电导率的倒数――阻力,阻碍离子的运动和得失电子

受电势差的影响,电流开始产生。就像你做自由落体运动受到空气阻力一样,导体中的电子受到了电阻;而最复杂的是溶液中离子的移动(迁移),但为了能让人容易理解,简化为离子在溶液中受到旁边其他离子的吸引会排斥作用,而运动速率变慢。这就是广大“物理爱好者”口中的电阻。对于一份固定不变的溶液,我们可以通过仪器测出它的电导率,而电导率的倒数不就是――电阻率吗?因此,别太纠结溶液的电阻啦。――用这个电导率来满足你。

当然除此之外,例如,你在掉下深渊的过程中撞断了N棵树,还有着地的时候,意外发现落到保护气垫上,这些也都算阻力。那么离子有没有这么好运呢?有!在离子迁移的过程中,离子附近溶剂分子的介电作用,就相当于在峭壁上帮了你一把的树;离子好不容易抵达电极表面的时候,发现表面覆盖了一层导电性很差的保护膜或钝化膜,阻碍了离子在电极表面上的得失电子行动,就相当于你发现最后掉到保护气垫上了。

如果你认为在电化学中,电流变小,只有“电阻”这么一个东西作用。那么你就错了。

(2)超电势――万有引力消失啦?

上一轮你比电子幸运,现在可又不一定了,因为你掉下深渊的过程中几乎不会遇到造山运动,把高度差从100米降到安全高度;但是电化学中离子在溶液中移动时却一定会遇到超电势――相当于高度差降低了。

是什么原因造成超电势的呢?――极化作用

那么,什么是极化作用?

反应过程像是一个吃饭的过程,从你拿起食物、放进嘴里、咀嚼、吞咽,只要有一个步骤慢了,那么你吃饭的速率就会受到这个环节的影响。当然大部分人都可以做到吞咽环节;而有的胳膊受伤的人,可能受到影响的是放进嘴里环节;也可能因为食物太小了,拿起就花了你许多时间。

反应物在电极上反应的快慢,也一样。影响到电极反应快慢的现象或者说因素叫极化作用。

如果一个反应物微粒在电极上反应完了,却要等另一个反应物微粒从很远的地方移动扩散过来,你说整个反应快地起来吗?而不好意思的是,这是一定要等的。因此这种影响到电化学反应速率的极化作用叫――浓差极化。只是不同的物质在溶液中移动速度不一样,因而浓差极化的程度不同,所产生的超电势也不一样。

如果在电极上的反应太慢了。许多反应物微粒在电极表面排队等着得到电子或失去电子,这样整体的反应速率也是快不起来的。因此这样的影响叫做电化学极化。也会产生超电势,根据反应的不同,甚至电极材料不同,超电势不同。

现在我们再来理一理,刚才讲的几个影响电流的因素:

1、离子之间的作用力、非电解质的介电作用、,可以称为电阻,在电流消失之后,测电导率也是要受这些因素影响;

2、浓差极化,电化学极化,只有在有电流流动或者说电极反应发生的时候,才会出现这种现象,因此不能算电阻。如果一定要算,只能说这是降低了电压,而非增大了电阻。每个电极上的超电势η=η浓差 η电化学。



来源:百度贴吧—化学吧

    本站是提供个人知识管理的网络存储空间,所有内容均由用户发布,不代表本站观点。请注意甄别内容中的联系方式、诱导购买等信息,谨防诈骗。如发现有害或侵权内容,请点击一键举报。
    转藏 分享 献花(0

    0条评论

    发表

    请遵守用户 评论公约

    类似文章 更多