- và các ion kim loại chuyển tiếp Fe 3. - Thế điện cực. - Kim loại bị hoà tan:. - Người ta nói ở đây xuất hiện một lớp điện tích kép và hiệu điện thế trên bề mặt này được gọi là thế điện cực.. - Hình 9.1 : Sơ đồ hoà tan ion kim loại bằng sự hyđrat hoá (a) và sự xuất hiện thế điện tích kép (b). - Sự chuyển hoá năng lượng hoá học thành điện năng được thực hiện trong nguyên tố ganvani bằng phản ứng ôxi hoá khử điện cực. - ở đây để thu được dòng điện thì cần phải tiến hành quá trình oxi hóa và quá trình khử trên hai điện cực riêng biệt nhằm tạo ra một sự chênh lệch điện thế giữa hai điện cực.. - Hai điện cực kẽm và đồng được nhúng vào 2 dung dịch muối ZnSO 4 và CuSO 4. - Khi nối hai điện cực bằng một dây dẫn kim loại thì do thế điện cực giữa hai cực khác nhau nên dòng electron sẽ chuyển dịch từ anot (cực kẽm cho electron) sang catot (cực đồng nhận electron).. - Vậy điều kiện cần thiết để cho một nguyên tố ganvani hoạt động là hiệu điện thế giữa hai điện cực. - Trong đó vạch đơn biểu thị ranh giới phân cách giữa điện cực với dung dịch, vạch kép ¾ ranh giới giữa các dung dịch. - là dấu của các điện cực.Ữ. - Thế điện cực tiêu chuẩn. - Thế điện cực của từng điện cực riêng biệt gọi là thế điện cực tuyệt đối. - Thế điện cực này rất khó xác định nên trên thực tế người ta thường dùng thế điện cực tương đối.. - Thế điện cực tương đối được tính bằng cách so sánh thế điện cực tuyệt đối của một điện cực cần xác định với một điện cực chuẩn có thế điện cực qui ước bằng không. - Thế điện cực chuẩn được sử dụng để so sánh là thế điện cực hydro, có cấu tạo trên hình 9.3 (phần bên trái). - Hình 9.3 : Điện cực Hyđrô. - Hình 9.4:Sơ đồ lắp ghép để xác định thế điện cực chuẩn của đồng. - Để xác định thế điện cực tương đối của một điện cực thì ta lắp ráp theo sơ đồ (hình 9.3 và 9.4. - Thế điện cực tương đối đo được trong trường hợp này gọi là thế điện cực tiêu chuẩn của kim loại, kí hiệu e o. - Thế điện cực tiêu chuẩn kim loại là SĐ của pin tạo bởi điện cực hydro chuẩn ghi bên trái và điện cực kim loại nhúng vào dung dịch muối của nó có hoạt độ ion kim loại bằng 1 ghi ở bên phải.. - Theo công ước quốc tế Stockholm 1968, phản ứng điện cực là phản ứng khử:. - Thế điện cực cân bằng theo công ước này là thế khử. - Trong bảng 9.1 dưới đây cho biết phản ứng điện cực, kí hiệu điện cực và giá trị thế điện cực tiêu chuẩn của một số chất.. - Bảng 9.1.Thế chuẩn của một số phản ứng điện cực trong môi trường nước ở 25 0 C. - Kí hiệu điện cực Phản ứng điện cực (vôn) Li + ½Li. - Qua bảng giá trị của thế điện cực tiêu chuẩn trên (sắp xếp theo thứ tự e o tăng dần) có thể rút ra một số nhận xét sau:. - Thế điện cực tiêu chuẩn của điện cực nào càng nhỏ (trị số đại số) thì dạng khử của nó hoạt động càng mạnh, còn dạng ôxi hoá của nó hoạt động càng yếu và ngược lại.. - Trái lại cặp MnO - 4 ½ Mn 2+ có thế điện cực tiêu chuẩn rất lớn. - Cặp ôxi hoá khử nào có thế điện cực tiêu chuẩn lớn thì dạng ôxi hoá của nó có thể ôxi hoá được dạng khử của cặp có thế điện cực tiêu chuẩn nhỏ hơn.. - Qua nhận xét này suy ra chỉ những kim loại nào có thế điện cực tiêu chuẩn nhỏ hơn không mới đẩy được hyđro ra khỏi dung dịch axít loãng.. - Một trong những ảnh hưởng lớn đến giá trị thế điện cực là nồng độ của ion kim loại làm điện cực. - M thế điện cực tiêu chuẩn của kim loại n ¾ Số electron trao đổi trong phản ứng điện cực [M n. - nồng độ mol của ion kim loại. - Trong trường hợp tổng quát đối với một điện cực bất kỳ:. - Trong đó: e l - thế điện cực cặp oxi hoá khử dương hơn e b - thế điện cực cặp oxi hoá khử âm hơn. - Giá trị thế điện cực của các cặp oxi hoá khử trong dung dịch nước được tính theo công thức (9.3) và (9.4). - Trường hợp phản ứng điện cực xảy ra trong môi trường axít hoặc bazơ thì trong phương trình Nernst sẽ có mặt của [H 3 O. - Với điện cực khí HO - /O 2 , Pt. - 0,337V Ta có các phản ứng điện cực:. - (9-8) Trong đó: E o - thế điện cực tiêu chuẩn. - Trong các phần trên đây chúng ta chỉ chú ý khảo sát trạng thái cân bằng giữa điện cực và dung dịch khi không có sự lưu thông dòng điện trong hệ điện hoá. - Nếu trong trường hợp các phản ứng trên điện cực được gây ra bằng một nguồn điện bên ngoài (trong hệ điện hoá có sự lưu thông dòng điện) thì đó là sự điện phân.. - Vậy sự điện phân là quá trình oxi hoá và khử xảy ra ở điện cực khi cho dòng điện một chiều đi qua chất điện li nóng chảy hoặc dung dịch chất điện li.. - Các phản ứng xảy ra trên điện cực là thế năng lượng điện năng. - Khi dòng điện đi qua ranh giới phân chia điện cực - dung dịch thì làm cho trạng thái điện của điện cực thay đổi. - Hiện tượng đó gọi là sự phân cực điện cực. - nếu sự thay đổi thế điện cực dịch chuyển về phía dương hơn so với thế cân bằng thì gọi là sự phân cực anot và ngược lại - sự phân cực catot.. - Sự phân cực điện cực được chia thành các loại như: phân cực nồng độ, phân cực hoá học, phân cực điện hoá.. - Sự phân cực nồng độ sinh ra bởi sự biến đổi nồng độ còn ở lớp gần bề mặt điện cực khi có mặt của dòng điện đi qua. - Trong trường hợp này thế của điện cực anot tăng (trở thành dương hơn) do nồng độ của ion kim loại hoà tan tăng lên, trái lại thế điện cực catot giảm (trở thành âm hơn) do nồng độ ion trên bề mặt của nó giảm.. - Sự phân cực hoá học sinh ra do phản ứng giữa môi trường hoặc chất điện li với vật liệu làm điện cực khi có dòng điện đi qua làm biến đổi tính chất của bề mặt điện cực dẫn đến sự thay đổi thế.. - Điện áp tối thiểu giữa hai điện cực để sự điện phân bắt đầu xảy ra gọi là thế phân huỷ (kí hiệu e ph. - Đó là phản ứng oxi hoá điện cực. - Điện phân nóng chảy thường được sử dụng để điều chế các kim loại hoạt động như liti, natri, canxi. - Do vậy khi thiết lập một điện áp giữa hai điện cực thì ion H 3 O + cùng với cation kim loại sẽ đi về catot còn ion HO - với anion sẽ đi về anot. - Do vậy trên các điện cực sẽ xảy ra các phản ứng cạnh tranh giữa các ion của nước với các ion của chất điện li.. - Trên điện cực catot:. - Nếu thế phóng điện của cation dương hơn thế phóng điện của H 3 O + thì sẽ xảy ra sự khử kim loại:. - Như vậy trên điện cực catot có thể xảy ra ba trường hợp. - Những ion kim loại có thế điện cực tiêu chuẩn nhỏ (từ Li + đến Al 3. - Những ion kim loại có thế địen cực tiêu chuẩn nhỏ hơn hiđro nhưng lớn hơn nhôm (từ Al 3+ đến H 3 O. - bị khử cùng với H 2 O trên điện cực (phản ứng1và 2). - Những ion kim loại có thế điện cực lớn hơn hidro (từ Cu 2+ đến Au 3. - Vậy khi điện phân dung dịch nước, chỉ những kim loại nào đứng sau nhôm và không kể nhôm mới thoát ra trên điện cực.. - Nếu dung dịch chứa các ion kim loại khác nhau thì phản ứng khử sẽ xảy ra theo hướng giảm dần thế điện cực tiêu chuẩn tương ứng với kim loại.. - Trên điện cực anot:. - Các phản ứng xảy ra trên anot ngoài sự phụ thuộc vào sự có mặt của H 2 O còn phụ thuộc vào vật liệu làm điện cực: anot tan và không tan.. - thì phản ứng trên điện cực là phản ứng hoà tan anot: M - ne = M n+ chứ không phải anion dung dịch bị oxi hoá.. - Nếu sử dụng anot không tan (anot trơ) như than, graphit, Pt thì trên điện cực có thể anion dung dịch hoặc ion HO - bị ôxi hoá:. - Ví dụ: Sơ đồ điện phân dung dịch CuCl với điện cực graphit như sau:. - Sơ đồ điện phân dung dịch K 2 SO 4 với điện cực trơ Catot: 2H 2 O + 2e = H 2 + 2HO - Anot: 2H 2 O - 4e = O 2 + 4H. - Hình 9.7 mô tả sơ đồ pin nhiên liệu loại hydro - oxi dùng điện cực niker nhúng trong dung dịch KOH:. - Tại cực âm xảy ra phản ứng điện cực: 2H 2 + 4HO. - Acquy là loại nguyên tố ganvani chế tạo trên cơ sở các quá trình điện cực hầu như thuận nghịch. - Sự ăn mòn điện hoá rất phổ biến trong tự nhiên khi kim loại hay hợp kim tiếp xúc với dung dịch điện phân (ăn mòn trong chất lỏng), tiếp xúc với không khí (ăn mòn trong khí quyển) và tiếp xúc với đất (ăn mòn trong đất). - Sự hoà tan của kim loại vào trong axít được xem là một kiểu ăn mòn điện hoá. - Sự tạo thành một lớp điện cực kép mà trong đó thế điện cực của kẽm âm hơn thế điện cực của hydro sẽ dẫn đến sự phóng điện của ion H 3 O + trên bề mặt thanh kẽm theo phương trình:. - Như vậy sự ăn mòn điện hoá được gây bởi sự lấy đi các electron kim loại. - Ăn mòn kim loại không nguyên chất (kim loại nhiễm). - Các kim loại nhiễm tạp chất này rất dễ bị ăn mòn. - Phương pháp chống ăn mòn kim loại.. - Tạo ra trên bề mặt kim loại cần bảo vệ một lớp phủ là kim loại, phi kim loại, oxit.... - Tạo lớp phủ kim loại. - Tạo lớp bảo vệ phi kim loại. - Thường trong các chất trên người ta còn cho thêm các hợp chất ức chế ăn mòn kim loại. - để tạo lớp phủ bề mặt kim loại. - Kim loại cũng có thể được bảo vệ bởi các phản ứng hoá học (điện hoá học) giữa kim loại với môi trường tạo thành các oxit kim loại.. - Trong một số điều kiện thích hợp có thể bảo vệ kim loại bằng cách thay đổi môi. - Việc bảo vệ điện hoá kim loại có thể thực hiện bằng hai phương pháp: phương pháp bảo vệ catot và phương pháp bảo vệ anot. - Sự phân cực catot có thể thực hiện nhờ một nguồn điện ngoài hoặc một điện cực "hi sinh". - Trong phương pháp bảo vệ nhờ nguồn điện ngoài người ta nối vật liệu kim loại cần bảo vệ với cực âm của nguồn điện, một điện cực phụ được nối với cực dương của nguồn điện (hình 9.9. - Nếu bảo vệ sự ăn mòn kim loại trong đất thì đất sẽ là điện cực phụ.. - Trong phương pháp bảo vệ catot với việc thay nguồn điện bên ngoài bằng một điện cực. - có thế cân bằng âm hơn thế cân bằng của kim loại cần bảo vệ thì người ta lắp đặt. - Hình 9.10 : Sơ đồ lắp đặt bảo vệ sắt bằng điện cực Ỏhi sinhÕ là kẽm. - Đây là phương pháp bảo vệ protector, theo đó điện cực "hi sinh". - được chế tạo bằng Mg, Al, Zn hoặc những kim loại thích hợp. - Ví dụ trong hình 9.10, sắt được bảo vệ bằng điện cực "hi sinh"
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt