3非法拉第过程
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
参考点，在电化学中有可能把零电荷电势逐渐确定为
基本的参考电位，把相对于零电荷电势的电极电势称
为 “合理电势”。
• 合理电势的用途：
• 1、表面剩余电荷符号和数量； • 2、双电层中电势分布情况； • 3、各种无机离子和有机分子在界面的吸附行为； • 4、电极表面上气泡附着情况和电极被溶液润湿情况。
•
曲线具有最高点，这是因为在纯汞电极的表面上，
当不存在过剩电荷时，界面张力最大。最高点左边
表示汞电极表面存在过剩的正电荷，右边表示汞电
极表面存在过剩的负电荷。
2. 零电荷电势
• 同一种电极在不同的阴离子体系中的零电荷 电势数值一般有所不同。如汞电极在不同溶
液体系中的零电荷电势如下表，
•
零电荷电势是研究电极/溶液界面性质的一个基本
1.3.2 双电层理论
普遍采用的双电层理论BDM模型。
电极溶液界面的双电层的溶液一侧被认为是由若干
层组成的。
最靠近电极的一层为内层，它包含由溶剂分子和所
谓的特性吸附的物质，也称为紧密层、Helmholtz层或
Stern层，如下图所示。
贴近在电极表面第一层是 水分子层，第二层才是水化 离子组成的剩余电荷层。特 性吸附离子的电中心位置叫 内Helmholtz层（IHP），在 距离为x1处。 溶剂化离子只能接近到距 离为x2的距离处，这些最近 的溶剂化离子中心的位置称 外Helmholtz层（OHP）。
加电位，均无电流通过电极/溶液界面进行传递的 电极。
1.3.1 电极的电容和电荷
定义1:电容器，顾名思义，是'装电的容器'，是一种 容纳电荷的器件。 2:电容器，任何两个彼此绝缘且相隔很近的导体(包 括导线)间都构成一个电容器。 电容器是由介电材料分开的两块金属薄片组成 的，对于特定材料制成的电容器，其电容的值是确 定的，电容器的行为符合方程式
电解/溶液界面的性质类似于一个电容器。 对于电极/溶液界面，在一个给定的电位下，如果金 属电极上带的电荷为qM，溶液中带的电荷为qS，总 有关系式qM = -qS 成立，如下图所示
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， 称为双电层。 在给定的电位下，电极溶液的界面特性可由双电 层电容来表征。
根据分子结构形式，无机介电材料有微晶离子结构、无定形结构
和两者兼有的结构（如陶瓷、玻璃、云母等）。
有机介电材料主要为共价键组成的高分子结构，按结构对称与 否又可分为非极性（如聚丙烯、聚苯乙烯等）和极性（聚对苯二
甲酸乙二酯等）两类。
电解电容器所用介质是直接生长在阳极金属上的氧化膜，也是 离子型结构。
电容器示意图
当电流流过电极时有两种类型： （1）电荷经过电极/溶液界面进行传递而引起的某 种物质发生氧化或还原反应时的法拉第过程，符合 法拉第定律，称为法拉第电流。 （2）电极/溶液界面不发生电荷传递反应，仅是电 极/溶液界面的结构发生变化，这种过程称为非法 拉第过程，如吸附和脱附过程。
理想极化电极（IPE）：无论外电源怎样给他施
非法拉第电流。
1.3.3 零电荷电势与表面吸附 1、电毛细现象 任何物种在电极与溶液接触的界面上具有的能量 与其在溶液本体中所具有的能量是不同的，这就导 致了该物种界面张力的存在。界面张力与电极电势 有关，随电极电势的变化而变化。 这种界面张力与电极电势之间具有一定以来关系 的现象称为电毛细现象。
电化学反应一般是在电极/溶液界面的电极表面上
进行，电极表面的性能对电化学反应有着重要的影
响作用，而吸附能有效地改善电极性能。
• 不同的物种Байду номын сангаас不同电极表面的吸附一般分为五种
类型。
内层特性吸附离子总的电荷密度是δi，分散层中 过剩的电荷密度为δd，因而在双电层的溶液一侧，总
的过剩电荷密度δs存在如下关系式：
δs = δi + δ d = - δM
在非法拉第过程中，电荷没有越过电极界面，但
电极电势、电极面积或溶液组成的变化都会引起外 电流的流动，其机理实际上是类似于双电层电容器 的充电或放电，因此这部分电流称为充电电流，或
C = q/E
q是电容器的电量（单位C）； E是施加于电容器上的电位（单位V）； C是电容器的电容（单位F）。
当对电容器施加一个电位时，电荷将在金属板上积 累起来，直到满足方程式，并且定向排列在两个电 容器上的电荷相等，符号相反，同时在电容器的充 电过程中会有充电电流通过，如下图。
介电材料
电容器所用介电材料主要为固体，可分为有机和无机两大类。
复习旧课
1.1 电化学体系基本单元 电极
隔膜
电解质溶液 电解池的设计与安装 1.2 电化学过程热力学
本节课学习内容
1.3 非法拉第过程及电极溶液界面的性能
1.4 法拉第过程及影响电极反应的因素
1.3 非法拉第过程及电极溶液界面的性能
电 法拉第过程 极 反 应 非法拉第过程
发生电荷传递反应
仅界面结构发生变 化
基本的参考电位，把相对于零电荷电势的电极电势称
为 “合理电势”。
• 合理电势的用途：
• 1、表面剩余电荷符号和数量； • 2、双电层中电势分布情况； • 3、各种无机离子和有机分子在界面的吸附行为； • 4、电极表面上气泡附着情况和电极被溶液润湿情况。
•
曲线具有最高点，这是因为在纯汞电极的表面上，
当不存在过剩电荷时，界面张力最大。最高点左边
表示汞电极表面存在过剩的正电荷，右边表示汞电
极表面存在过剩的负电荷。
2. 零电荷电势
• 同一种电极在不同的阴离子体系中的零电荷 电势数值一般有所不同。如汞电极在不同溶
液体系中的零电荷电势如下表，
•
零电荷电势是研究电极/溶液界面性质的一个基本
1.3.2 双电层理论
普遍采用的双电层理论BDM模型。
电极溶液界面的双电层的溶液一侧被认为是由若干
层组成的。
最靠近电极的一层为内层，它包含由溶剂分子和所
谓的特性吸附的物质，也称为紧密层、Helmholtz层或
Stern层，如下图所示。
贴近在电极表面第一层是 水分子层，第二层才是水化 离子组成的剩余电荷层。特 性吸附离子的电中心位置叫 内Helmholtz层（IHP），在 距离为x1处。 溶剂化离子只能接近到距 离为x2的距离处，这些最近 的溶剂化离子中心的位置称 外Helmholtz层（OHP）。
加电位，均无电流通过电极/溶液界面进行传递的 电极。
1.3.1 电极的电容和电荷
定义1:电容器，顾名思义，是'装电的容器'，是一种 容纳电荷的器件。 2:电容器，任何两个彼此绝缘且相隔很近的导体(包 括导线)间都构成一个电容器。 电容器是由介电材料分开的两块金属薄片组成 的，对于特定材料制成的电容器，其电容的值是确 定的，电容器的行为符合方程式
电解/溶液界面的性质类似于一个电容器。 对于电极/溶液界面，在一个给定的电位下，如果金 属电极上带的电荷为qM，溶液中带的电荷为qS，总 有关系式qM = -qS 成立，如下图所示
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， 称为双电层。 在给定的电位下，电极溶液的界面特性可由双电 层电容来表征。
根据分子结构形式，无机介电材料有微晶离子结构、无定形结构
和两者兼有的结构（如陶瓷、玻璃、云母等）。
有机介电材料主要为共价键组成的高分子结构，按结构对称与 否又可分为非极性（如聚丙烯、聚苯乙烯等）和极性（聚对苯二
甲酸乙二酯等）两类。
电解电容器所用介质是直接生长在阳极金属上的氧化膜，也是 离子型结构。
电容器示意图
当电流流过电极时有两种类型： （1）电荷经过电极/溶液界面进行传递而引起的某 种物质发生氧化或还原反应时的法拉第过程，符合 法拉第定律，称为法拉第电流。 （2）电极/溶液界面不发生电荷传递反应，仅是电 极/溶液界面的结构发生变化，这种过程称为非法 拉第过程，如吸附和脱附过程。
理想极化电极（IPE）：无论外电源怎样给他施
非法拉第电流。
1.3.3 零电荷电势与表面吸附 1、电毛细现象 任何物种在电极与溶液接触的界面上具有的能量 与其在溶液本体中所具有的能量是不同的，这就导 致了该物种界面张力的存在。界面张力与电极电势 有关，随电极电势的变化而变化。 这种界面张力与电极电势之间具有一定以来关系 的现象称为电毛细现象。
电化学反应一般是在电极/溶液界面的电极表面上
进行，电极表面的性能对电化学反应有着重要的影
响作用，而吸附能有效地改善电极性能。
• 不同的物种Байду номын сангаас不同电极表面的吸附一般分为五种
类型。
内层特性吸附离子总的电荷密度是δi，分散层中 过剩的电荷密度为δd，因而在双电层的溶液一侧，总
的过剩电荷密度δs存在如下关系式：
δs = δi + δ d = - δM
在非法拉第过程中，电荷没有越过电极界面，但
电极电势、电极面积或溶液组成的变化都会引起外 电流的流动，其机理实际上是类似于双电层电容器 的充电或放电，因此这部分电流称为充电电流，或
C = q/E
q是电容器的电量（单位C）； E是施加于电容器上的电位（单位V）； C是电容器的电容（单位F）。
当对电容器施加一个电位时，电荷将在金属板上积 累起来，直到满足方程式，并且定向排列在两个电 容器上的电荷相等，符号相反，同时在电容器的充 电过程中会有充电电流通过，如下图。
介电材料
电容器所用介电材料主要为固体，可分为有机和无机两大类。
复习旧课
1.1 电化学体系基本单元 电极
隔膜
电解质溶液 电解池的设计与安装 1.2 电化学过程热力学
本节课学习内容
1.3 非法拉第过程及电极溶液界面的性能
1.4 法拉第过程及影响电极反应的因素
1.3 非法拉第过程及电极溶液界面的性能
电 法拉第过程 极 反 应 非法拉第过程
发生电荷传递反应
仅界面结构发生变 化