Написать доклад с презентацией на тему "Поляризация электродов: добро или зло для науки и техники?"

Поляризацией электрода называется величина отклонения потенциала
при протекании тока, а электрод, потенциал которого отличается от
равновесного - поляризованным.
Различают катодную и анодную поляризации. Анодная поляризация
(Δεа) это изменение во времени потенциала анода, при этом потенциал анода
смещается в положительную сторону от исходного значения. Потенциал
катода вследствие катодной поляризации (Δεк) смещается в отрицательную
сторону от своего начального значения. Потенциалы электродов сближают
значения, разность потенциалов (э.д.с.) снижается и в конечном счете
стремится к нулю. При Е = 0 происходит прекращение работы
гальванического элемента, это состояние полной поляризации. Чтобы через
поляризованную электрохимическую ячейку протекал требуемый ток, на нее
нужно наложить потенциал выше теоретического.
На данном слайде представлена простейшая схема гальванического
элемента. Гальванический элемент – это химический источник
электрической энергии, которая вырабатывается за счет протекания
окислительно-восстановительного процесса. При этом реакция окисления
происходит на отрицательном электроде (аноде), а реакция восстановления –
на положительном электроде (катоде). В роли анода выступает металл(цинк)
с более низким значением электродного потенциала (ЕА < ЕК).
А (–) Zn 0 – 2ē = Zn 2+ окисление
К (+) Сu 2+ + 2ē = Сu 0 восстановление

При контакте двух металлов в среде электролита(речная, морская вода,
рассол) возникает электрический ток. В результате происходит

электрохимическая поляризация. Процесс поляризации связан с
интенсивностью распространения электрохимической коррозии.
При электрохимической коррозии идёт самопроизвольное разрушение
более активного элемента (анода - с меньшим E0) за счёт катодного
восстановления окислителей среды.

Электрохимическая коррозия - самый распространенный вид коррозии.
Возникает при контакте металла с окружающей электролитически
проводящей средой. При этом восстановление окислительного компонента
коррозионной среды протекает не одновременно с ионизацией атомов
металла и от электродного потенциала металла зависят их скорости.
Первопричиной электрохимической коррозии является термодинамическая
неустойчивость металлов в окружающих их средах. Ржавление
трубопровода, обивки днища морского суда, различных металлоконструкций
в атмосфере - это, и многое другое, примеры электрохимической коррозии.
К электрохимической коррозии относятся такие виды местных разрушений,
как питтинги, межкристаллитная коррозия, щелевая. Кроме того процессы
электрохимической коррозии происходят в грунте, атмосфере, море.
Коррозия как электрохимический процесс возникает в средах с ионной
проводимостью из-за образования микрогальванических элементов.
Ежегодно этот невидимый враг «съедает» около 13 млн. т металла. Для
сравнения – металлургическая промышленность стран Евросоюза в прошлом
произвела всего на 0,5 млн. тонн больше. И это только – прямые потери. А
длительная эксплуатация стальных изделий без их эффективной защиты от
коррозии вообще невозможна.
Поверхность любого металла состоит из множества короткозамкнутых через
сам металл микроэлектродов. Контактируя с коррозионной средой
образующиеся гальванические элементы способствуют электрохимическому
его разрушению. Электрохимическая коррозия имеет некоторые

особенности: делится на два одновременно протекающих процесса
(катодный и анодный), которые кинетически зависимы друг от друга; на
некоторых участках поверхности электрохимическая коррозия может
принять локальный характер; растворение основного мет. происходит
именно на анодах.

Для борьбы с коррозией применяют анодную, катодную защиты.
Разновидностью анодной защиты является протекторная защита.
Катодная защита – внешний источник тока используют для создания
небольшого отрицательного потенциала (в основном на подземных
сооружениях)
Протекторная защита – основной металл приводят в контакт с более
активным металлом.
Более активный будет разрушаться, а менее активный – сохраняться.
На 1 рисунке представлена протекторная защита с «жертвенным»
анодом-протектором. В этом случае происходит постепенное разрушение
анода, а металл трубопровода коррозии не подвергается;
На 2 рисунке представлена катодная защита со вспомогательным
анодом и внешним источником тока. В этом случае защита осуществляется
за счёт расходования электроэнергии.

Поляризация электродов происходит при электролизе растворов и
расплавов.
Электролиз – это окислительно - восстановительный процесс,
протекающий на электродах при прохождении электрического тока через
расплав или раствор электролита. Электролиз широко используется в
промышленности с целью защиты от коррозии или для улучшения внешнего
вида изделия. Из металлических покрытий широко распространены

хромирование,никелирование, лужение, цинкование, серебрение, золочение.
Процесс используется также на предприятиях цветной металлургии.
Электролитической очисткой получают катодную медь, никель, кобальт.
В результате металлургических операций они загрязнены другими
металлами, серой. Окончательная очистка проводится в цехах электролиза.
Изделия погружаются в ванны и выполняют роль растворимого анода, на
катоде осаждается только нужный чистый металл.

Электролитические процессы классифицируют следующим образом:
 электроосаждение металлов из водных растворов и расплавов – получение
металлов (литий, натрий, калий, бериллий, магний, цинк, алюминий, медь и
др.); рафинирование металлов (медь, серебро, золото и т. д.); получение
металлических сплавов; нанесение гальванических покрытий; обработка
поверхностей металлов (размерная обработка металлов, оксидирование,
электрополирование, очистка поверхности);
 электролиз водных растворов без выделения металлов – получение
неорганических веществ (водорода, кислорода, хлора и т. д.);
 электросинтез органических и неорганических веществ;
 специфические виды электролиза: электродиализ, электрокоагуляция,
электрофорез.

В электрохимии поляризационные явления играют важную роль.
С одной стороны, поляризация электродов при прохождении тока
приводит к затратам электрической энергии, а с другой – позволяет
осуществить процессы, термодинамически менее предпочтительные.
Электрическая энергия, связанная с поляризацией электродов, отчасти
рассеивается в виде теплоты в окружающую среду. Однако она может
переходить в потенциальную химическую энергию продуктов реакции.

Переход электрической энергии в теплоту в электролитических
ячейках – невыгодное явление. В гальванических элементах (химических
источниках тока) потери энергии за счет поляризации электродов также
нежелательны, так как они снижают даваемое источником напряжение.
В некоторых случаях благодаря поляризации исключается возможность
протекания нежелательных побочных процессов. Так, из-за поляризации,
затрудняющей электролитическое выделение Н2 и O2 из Н2О, можно в
водных растворах достичь ЭДС источников тока 2,0–2,2 В, что существенно
превышает термодинамически равновесное значение 1,23 В.
В реальных электролитических ячейках водород на катоде выделяется
при потенциалах гораздо более отрицательных, чем равновесный потенциал
водородного электрода (при определенном значении рН раствора). Это дает
возможность при больших плотностях тока выделять из водных растворов
металлы,потенциалы которых в стандартных условиях гораздо более отрица-
тельнее, чем потенциал водородного электрода (Ni, Cd, Zn, Cr и т. д.).
Процесс электролиза - это одно из самых вредных производств. В
атмосферу цеха механически в больших количествах попадают соли тяжелых
металлов.
Несмотря на указанные недостатки, высокое значение разности
потенциалов в электролизерах получаются ценные энергоемкие продукты. В
подобных случаях затраты электрической энергии на создание высоких
значений разности потенциалов оправданы и являются экономически
целесообразными.

На использовании электролиза основаны электрохимические методы
анализа —электрогравиметрия, кулонометрия, потенциометрия (методы с
применением постоянных факторов возбуждения) и вольтамперометрия.
Широко применяются эти методы для определения металлов в рудах,
концентратах, сплавах и иных природных и технических объектах.

Широко используется полярографический метод для анализа
биологических материалов: крови, сыворотки и т. д.
Так можно оценивать молекулярные массы продуктов гидролиза
крахмала или определять степень загрязнения различных вод природными и
синтетическими ПАВ. Современные фармакопеи многих развитых стран
рекомендуют полярографические методы определения лекарственных
препаратов – алкалоидов, гормонов, антибиотиков, витаминов.
Полярографию наряду с другими методами с успехом используют для
изучения структуры органических соединений.
Полярографический анализ используют при определении
микроконцентраций вредных веществ в воздухе рабочих помещений,
атмосфере населенных мест, воде, почве, пищевых продуктах.