Polaryzacja (elektrochemia)
W elektrochemii polaryzacja jest zbiorczym terminem określającym pewne mechaniczne skutki uboczne (procesu elektrochemicznego), w wyniku których na styku elektrody i elektrolitu powstają bariery izolacyjne . Te skutki uboczne wpływają na mechanizmy reakcji , a także kinetykę chemiczną korozji i osadzania się metali . W reakcji możemy wyprzeć elektrony wiążące, atakując odczynniki. Z kolei przemieszczenie elektronów może być spowodowane pewnymi efektami, z których niektóre są trwałe (efekty indukcyjne i mezomeryczne), a inne mają charakter tymczasowy (efekt elektromeryczny). Efekty, które trwale działają w cząsteczce, są znane jako efekty polaryzacyjne, a te efekty, które są wywoływane przez atakujący odczynnik (a gdy odczynnik atakujący zostanie usunięty, przemieszczenie elektronów zanika) są znane jako efekty polaryzowalności.
Termin „polaryzacja” wywodzi się z odkrycia z początku XIX wieku, że elektroliza powoduje przyciąganie pierwiastków w elektrolicie w kierunku jednego lub drugiego bieguna , tj. gazy są spolaryzowane w kierunku elektrod. Zatem początkowo „polaryzacja” była zasadniczo opisem samej elektrolizy w kontekście ogniw elektrochemicznych używany do opisu wpływu na elektrolit (który wówczas nazywano „cieczą polaryzacyjną”). Z czasem, w miarę wynalezienia większej liczby procesów elektrochemicznych, termin „polaryzacja” ewoluował i zaczął oznaczać wszelkie (potencjalnie niepożądane) mechaniczne skutki uboczne, które występują na styku elektrolitu i elektrod.
Te mechaniczne skutki uboczne to:
- Polaryzacja aktywacyjna: nagromadzenie gazów (lub innych produktów niebędących odczynnikami ) na styku elektrody i elektrolitu.
- polaryzacja stężeń: nierównomierne zubożenie odczynników w elektrolicie powoduje gradienty stężeń w warstwach granicznych.
Obydwa efekty izolują elektrodę od elektrolitu, utrudniając reakcję i przenoszenie ładunku między nimi. Bezpośrednimi konsekwencjami tych barier są:
- potencjał redukcyjny maleje, szybkość reakcji zwalnia i ostatecznie zatrzymuje się.
- prąd elektryczny w coraz większym stopniu przekształca się w ciepło, a nie w pożądaną pracę elektrochemiczną.
- zgodnie z przewidywaniami prawa Ohma albo siła elektromotoryczna maleje, a prąd rośnie, lub odwrotnie.
- wzrasta szybkość samorozładowania w ogniwach elektrochemicznych .
Każda z tych bezpośrednich konsekwencji ma wiele skutków wtórnych. Na przykład ciepło wpływa na strukturę krystaliczną materiału elektrody. To z kolei może wpływać na szybkość reakcji i/lub przyspieszać dendrytów i/lub deformować płytki i/lub powodować niekontrolowaną ucieczkę termiczną .
Mechaniczne skutki uboczne mogą być pożądane w niektórych procesach elektrochemicznych, na przykład w niektórych rodzajach elektropolerowania i galwanizacji wykorzystuje się fakt, że wydzielone gazy będą najpierw gromadzić się w zagłębieniach płyty. Tę funkcję można wykorzystać do zmniejszenia prądu w zagłębieniach i narażenia grzbietów i krawędzi na działanie wyższych prądów. Niepożądaną polaryzację można stłumić poprzez energiczne mieszanie elektrolitu lub – gdy mieszanie jest niepraktyczne (np. w akumulatorze stacjonarnym) – za pomocą depolaryzatora .
Zobacz też
- Buchwald, Jed Z., wyd. (2001), „Glosariusz: polaryzacja” , Badania materiałowe , Historia najnowszej nauki i technologii, Instytut Historii Nauki i Technologii im. Dibnera .