А. Березовчук: Физическая химия: конспект лекций

Термодинамические показатели

К термодинамическим показателям относятся те, которые можно рассчитать, используя законы термодинамики, исходя из условий, что система находится в равновесии. Напряжение разложения:

где Δ G – изменение термодинамического потенциала;

п – число электронов, участвующих в химической реакции;

F– число Фарадея.

где А – максимальная работа, которую способна совершить система в равновесном состоянии.

где Q – тепловой эффект реакций;

U p – термодинамическая характеристика электрохимической системы, которая мало зависит от условий электролиза.

Отклонение системы – поляризация. Электрохимическая реакция является гетерогенным процессом, и ее скорость может лимитироваться одной из стадий:

1) подвод реагирующего вещества к границе раздела фаз;

2) разряд и ионизация;

3) отвод продуктов реакции.

Поляризация, определяемая медленной стадией массопереноса – концентрационная. Если медленной стадией является стадия разряда ионизации, то поляризация называется перенапряжением. Природа и значение поляризации зависят от многих факторов: природа реагирующего вещества, материал электрода, состояние поверхности электрода, плотность тока, состав раствора и режим электролиза. Кинетический параметр– параметр, определяемый в реальных условиях электрохимической системы: ρ тока, Е АКТИВ , коэффициент диффузии, коэффициент переноса α (на катод), β (на анод) – доля расхода на процесс:

1) сила тока в электрохимическом аппарате J= i KS едзагрузки, A, Z, i K– в зависимости от электролита;

2) скорость электролиза – образование массы вещества за единицу времени

где q – электрохимический эквивалент, v электролиза – J тока,

если в 1 см 2 – v – i тока.

Баланс напряжений.Напряжение на электрохимическом аппарате определяет расход электроэнергии при электролизе. Баланс напряжений на электрохимическом аппарате складывается из следующих составляющих:

U ЭЛ-РЕ = Е a– Е k+ η a+ η k, + Δ U ЭЛ-ТА+ Δ U ДИФ+ Δ U КОН+ Δ U ЭЛ,

где Е a– обратимый потенциал анода, В;

Е К– обратимый потенциал катода, В;

η a– поляризация анода, В;

η k– поляризация катода, В;

Δ U ЭЛ-ТА– падение напряжения в электролите, В;

Δ U ДИФ – падения напряжения в диафрагме, В;

Δ U КОН – падение напряжения в контактах, В;

Δ U ЭЛ– падение напряжения в электродах, В.

где i – плотность катодного тока;

ρ 0– удельное сопротивление электролита, ρ 0повышается при вводе газа;

l – расстояние между электродами;

S – площадь сечения электролита;

J – электропроводность.

Коэффициент газонаполнения k = ρ/ρ 0 .

Падение напряжения газозаполнения элемента определяется по формуле

Δ U ЭЛ-ТА= ilρ 0 k.

Падение напряжения в диафрагме

Δ U ДИФ= JR ДИАФ .

Падение напряжения в контактах обычно принимают равным 5 – 10% от общего напряжения.

Падение напряжения в электродах:

Снижение напряжения на электрохимическом аппарате – оптимальное расстояние между электродами, максимальной электропроводностью.

Рис. 2

К энергетическим характеристикам относятся:

1) напряжение на электрохимическом аппарате;

2) отдача по напряжению.

3) отдача по емкости

4) отдача по энергии

5) производительность электрохимического аппарата оценивается количеством продукта на одной затраченной энергии.