Giáo trình Động học các quá trình điện cực: Phần 2

(NB)Giáo trình Động học các quá trình điện cực: Phần 2 bao gồm những nội dung về sự Oxi hóa Anot kim loại, cơ sở điện hóa quá trình ăn mòn kim loại, bảo vệ kim loại. Giáo trình phục vụ cho các bạn chuyên ngành Hóa học và những bạn quan tâm tới lĩnh vực này.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Động học các quá trình điện cực: Phần 2Chương VII SỰ OXY HÓA ANOT KIM LOẠII- BIỂU THỨC CHUNG CỦA TỐC ĐỘ TAN ANOT KIM LOẠI. Sự nghiên cứu động học quá trình oxy hóa anot kim loại thường dựa trên mối quan hệ mậtđộ dòng anot iA và sự chuyển dịch thế điện cực khỏi trạng thái cân bằng. Sự phụ thuộc giữa iA vào (A ở dạng tổng quát được trình bày trên hình 7.1 (a) và (b). Hình 7.1. Hình (a) và (b) đường cong phân cực anot a: ab sự hòa tan anot hoạt hóa bc sự chuyển sang trạng thái thụ động cd khoảng thụ động hóa de sự chuyển dịch khỏi trạng thái thụ động b: ab sự hòa tan anot hoạt hóa bc dòng anot giới hạn Trường hợp (a) là thí dụ kim loại có khả năng chuyển sang trạng thái thụ động khi phâncực anot, điều đó thể hiện trên đoạn bc của đường cong, tốc độ tan giảm cùng với sự phân cựcanot và tạo được giá trị cực tiểu trên đoạn cd. Sự phân cực anot tiếp theo sẽ dẫn đến sự tăngtốc của quá trình anot biểu thị ở đoạn de. Trường hợp (b) giành cho kim loại không chuyển sang trạng thái thụ động khi phân cựcanot, sau khi đạt đến thế dương đủ lớn, tốc độ tan iA đạt đến giá trị giới hạn (dòng anot giớihạn). Trên hình (a) và(b) đoạn ab đặc trưng cho sự phụ thuộc tuyến tính giữa ( và lgiA đó làphương trình Tafel. Khoảng này được gọi là khoảng hòa tan hoạt hóa. Sự thay đổi thế điện cực theo chiều dương từ vị trí cân bằng có thể được gây ra do tácdụng của chất oxy hóa, hoặc do tác dụng phân cực anot từ nguồn điện ngoài. Sự nghiên cứu đãchứng tỏ rằng cả hai cách phân cực đều dẫn đến tốc độ tan như nhau của kim loại nếu như giátrị thế điện cực đạt được trong cả hai trường hợp là như nhau. Đối với mục đích nghiên cứu thực nghiệm thuận tiện người ta sử dụng nguồn điện ngoài đểphân cực anot. Đó là nội dung phương pháp ganvanostatic và potentiostatic. Ta nghiên cứu sự phân cực anot thuần túy, tức là trong trường hợp dung dịch không chứachất oxy hóa nào khác ngoài ion kim loại của điện cực, tốc độ tan anot được xác định bằng sựdịch chuyển thế nhờ nguồn điện ngoài. Trong trường hợp phân cực anot ia >> ik và iA = ia Nếu bỏ qua thế khuếch tán (1 cũng như bỏ qua thế gây ra do các ion hoạt động bề mặtthì: α∆ϕZF β∆ϕZF − 0 iA = ia - ik = K 1 .e RT − K . a M Z+ . e 0 2 RT (7.1) Trong đó: Z: Hóa trị ion kim loại, ĉ: Hoạt độ cation kim loại trong lớp điện kép, (, ( : Là hệ số động học ( + ( = 1. Áp dụng phương trình (7.1) cho quá trình : M MZe+ + ze Phản ứng nghịch diễn ra với tốc độ nhỏ. Nồng độ ion kim loại tan ra tích lủy nhanh tronglớp anot gây ra dòng khuếch tán theo hướng từ bề mặt kim loại vào sâu trong dung dịch dướitác dụng của điện trường tạo ra giữa anot và điện cực phụ trợ. Tốc độ này được biểu thị qua iA,như đã chỉ ra ở biểu thức (3.22): iA = ZF χ D δ (a M Z+ − a 0M Z + ) (7.2) 1 − nk χ + χ nk: Số tải của ion kim loại đang nghiên cứu ( : Độ dẫn điện riêng của dung dịch muối kim loại tham gia phản ứng ở điện cực (‘: Độ dẫn điện riêng của chất điện giải không tham gia phản ứng ở điện cực, chỉđóng vai trò làm chất dẫn điện, (: Độ dày lớp khuếch tán, ĉ: Là hoạt độ ion kim loại ở sát bề mặt điện cực và hoạt độ ion trong dung dịch. Nếu (‘ >> ( thìĠ= 0 Khi đó iA được xác định bằng quá trình khuếch tán . Từ (7.2) ta có: iA =Ġ (7.3) Phương trình (7.1) và (7.2) biểu thị chung một quá trình, nên phải bằng nhau. Sau khi cânbằng hai vế phải của (7.1) và (7.2) ta rút ra được giá trịĠ: α ∆ ϕ ZF ZF K 10 .e RT + a0 Z+ 1 − nkχ M (7.4) a MZ+ = D ...