Файл: Гуревич, И. Г. Жидкостные пористые электроды.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 20.10.2024

Просмотров: 123

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

тех и других кривых аналогичны. В том же интервале концентраций, в котором .для гладкого электрода кривые l g i°—с с некоторым приближением описываются прямой линией, это же явление имеет место и для пористого электрода.

В табл. 4 помещены значения р\ (3° и р (для пористого электрода № 1).

Рис. 9.11. Зависимости lg i—lgc

для

потенциалов cp0 = 0,3;

0,35; 0,4;

0,45; 0,5; 0,6 в, измеренные

на

пористом электроде №

1

Так как вне зависимости от величины |3° р ~ 1, то дан­

ный электрод

в пределах

линейного

участка

кривых

lg i—lgc (т.

е. при с < 0 , 2

М СН3 ОН)

работает

во вну-

тридиффузионной области; внутриомические потери здесь

Т а б л и ц а 4

Соотношение между кажущимся порядком реакции

и потенциалом

 

электрода в различных режимах его работы

 

ф,, в

0,30

0,35

0,40

0,45

0,5

0,6

фтах

р

0,89

0,83

0,88

0,95

1,0

1,0

1,0

р°

0,78

0,67

0,78

0,87

1,0

1,0

1,0

р

1,00

0,99

0,98

1,03

1,0

1,0

1.0

188


не сказываются. Эти выводы полностью согласуются с аналогичными выводами, полученными для этого пори­ стого электрода методом схемно-сравнительных харак­ теристик.

Сдвиг потенциала максимального тока

Существует ряд реакций, в основном органических, микрокинетические поляризационные кривые которых имеют максимум тока. Чаще всего наличие этого макси­ мума обусловлено конечной величиной области потенциа­ лов, в которой адсорбируются вещества, принимающие участие в дальнейшей реакции на электроде. Типичным примером такой реакции является электроокисление ме­ танола на электродах платиновой группы.

Потенциал максимума ершах на i (ф) -кривой является характерной точкой данной кривой. Поэтому очень удоб­ но использовать этот потенциал для анализа макрокинетического - механизма протекания реакции на пористом электроде. Удобным параметром здесь, очевидно, явля­

ется раЗНОСТЬ А ф т а х = ф1, m a x — ф ° а х

, ГДе ф1, max И ф т а х

потенциалы максимального тока

для поляризационных

кривых пористого и гладкого электродов.

 

Очевидно, если пористый электрод работает во вну-

трикинетическом,

внутридиффузионном,

переходном

между ними и внешнекинетическом

режимах, т. е. во всех

режимах, где омические потери не сказываются на поля­ ризационных кривых, градиент потенциала по толщине пористого электрода ничтожно мал и А ф т а х ~ 0 .

Другое дело, если в пористом электроде имеется за­ метный градиент потенциала, т. е. во внутриомическом или в близких к нему переходных режимах. Тогда за пе­ реход общего тока через максимум будет ответствен уже

не потенциал

фронтальной поверхности ф 0 ,

а

какой-ни­

будь средний

потенциал ф с р : Ф ь < ф с р < Ф о ,

где

— по­

тенциал тыльной стороны пористого электрода. Причем чем больше омические потери, тем больше сдвиг потен­

циала

максимума tpi, m a x ,

т. е.

тем

больше

величина

А ф т а х -

Таким образом, величина А ф т а х

является

характе­

ристикой внутриомических

потерь.

 

 

Этот

вывод был подтвержден

экспериментально на

примере

электроокисления

метанола

на платиновых

электродах в щелочном растворе. Сопоставление

поляри-

189



зационных кривых пористого (№ 1) и гладкого электро­

дов,

проведенное на

рис. 9.12,

показывает, что величина

Афтах

существенно превышает

точность

измерений при

с = 1

и

СНзОН.

П р и с = 1 М Афтах = 0,18 в,

а для

С = 5М

Афтах = 0,23 в.

 

 

 

 

Именно для этих больших концентраций метанола и

для этого же электрода, как

показал

метод

схемно-

сравнптельных характеристик,

внутриомические

потери

достаточно

велики.

 

 

 

 

Ценность данного экспериментального метода иссле­ дования макрокинетики по величине Афтах С О С Т О И Т преж­ де всего в том, Ч Т О ОН применим для очень сложной ми­ крокинетики, для которой теоретический расчет ма­ крокинетики затруднен и практически невозможен.

Рис. 9.12.

Сопоставление

поляризационных

кривых

электроокисления

метанола

на гладком

(/,

2, 3)

и

на пористом

(/',

2',

3')

электродах

для с = 0,02 М

СНзОН

(/,

/ ' ) , Ш

(2,

2') и

(3,

3')

190


Внешнекинетический режим

Кардинальным вопросом применения пористых элек­ тродов является вопрос о том, при каких условиях, в первую очередь при какой поляризации г\0 весь процесс вытесняется на наружную поверхность пористого элек­ трода, т. е. во внешнекинетическую область. При этих условиях плотность тока на единицу видимой поверхно­ сти пористого электрода практически равна плотности то­ ка для соответствующего гладкого электрода при такой же величине поляризации. Следовательно, во внешнекпнетической области применение пористого электрода с точки зрения макрокинетики нецелесообразно. Очевидно, что во внешнекинетической области К = 1 .

Условием внешнекинетической области является

 

X<dms~\

(9.29)

где d •— размер структурного элемента,

т. е. элементар­

ной частицы

пористого электрода; л — характерная дли­

на процесса,

приводящего к наибольшим

энергетическим

потерям (диффузия или электропроводность). Надежным способом идентификации внешнекинетиче-

ского режима является также сравнение поляризацион­

ных кривых пористого и гладкого

электродов.

Однако

здесь в

отличие от

идентификации внутрикинетического

режима

следует брать плотности

тока не

на

единицу

истинной (т. е. / ) ,

а на единицу

видимой

поверхности

(т. е. / ) . Условием

внешнекинетического режима будет

приблизительное совпадение токов на гладком и пори­ стом электродах:

1^1°

(9..30)

при одном и том же потенциале. Это совпадение

будет

приблизительным из-за наличия на наружных поверхно­

стях пористого и гладкого электродов

микрошерохова­

тости.

 

 

 

 

 

 

 

 

Из выражения (9.29) видно, что внешнекинетическая

область достигается

при не очень

больших

поляриза­

циях и удельных поверхностях s лишь для очень

быстрых

(большие

величины

i0

и k) реакций.

Примером такой

реакции

является

 

реакция

электровосстановления

C e ( S 0 4 ) 2

до

C e 2 ( S 0 4 ) 3

в 1 н. Н г 8 0 4 ; константа

скорости

этой реакции

равна

& ^ 5 - 1 0 - 4 см/сек,

т. е.

она

на не-

191