Электрохимическими называются реакции, протекающие за счет электрической энергии. Они протекают в электрохимических системах. Электрохимическая система состоит из электролита, металлических электродов и проводников первого рода, которые соединяют электроды с источником постоянного электрического тока.
Электрохимическая система может находиться в равновесном и неравновесном состоянии. В равновесном состоянии электродная реакция
Men+ + ne ↔ Me
Протекает с одинаковой скоростью в обоих направлениях, поэтому никаких изменений на электродах и в электролите не происходит.
В неравновесной системе электрохимические процессы протекают в заданном направлении за счет внешней электрической энергии. На поверхности анода протекает реакция электрохимического окисления, а на катоде – электрохимического восстановления. Количественная связь между прошедшим через границу электрод-электролит электричеством и количеством образующегося или расходуемого металла определяется законами Фарадея.
|
|
Первый закон Фарадея: масса прореагировавшего при электролизе вещества пропорциональна количеству прошедшего через раствор электричества:
m = cQ =cIt
где Q – количество электричества; с – электрохимический эквивалент; I – сила тока; t –время.
Электрохимический эквивалент представляет собой массу вещества, реагирующего при пропускании единицы количества электричества. За единицу количества электричества может быть принят 1 Кл = 1 А с или
1F = 26,8 А ч = 96500 Кл.
Согласно второму закону Фарадея, при прохождении постоянного количества электричества массы прореагировавших веществ относятся между собой как их химические эквиваленты:
m1/A1 = m2/A2 =m3/A3 = const
Если Q = 1F, то m1 = с1, m2 = с2, m3 = с3, тогда уравнение примет вид
C1/A1 = с2/A2 =с3/A3 = 1F
Следовательно, для превращения 1 г-экв любого вещества необходимо пропустить через электролит количество электричества равное 96500 Кл.
На электродах при электролизе часто протекает несколько процессов, один из которых является основным, а остальные – побочными. Для определения количества электричества, израсходованного на основной процесс, введено понятие выхода по току
ВТ = mп/mт,
Где mп – практически прореагировавшая масса вещества mт – теоретическая масса вещества, которая должна была прореагировать в соответствии с законом Фарадея.
Выход по току показывает, насколько эффективно идет процесс. Катодный выход по току для наиболее распространенных гальванических процессов:
Золочение – 90%
Кадмирование – 85-95%
Меднение – 40 – 100%
Никелирование – 90 -100%
Хромирование
блестящее – 8 -12%
твердое – 12-28%
цинкование – 75 – 100%
|
|
Скорость электрохимической реакции определяется массой прореагировавшего вещества в единицу времени. Так как между массой прореагировавшего вещества и количеством прошедшего электричества существует прямопропорциональная зависимость, то можно считать, что скорость электрохимической реакции пропорциональна силе тока. В гальванотехнике принято относить скорость электрохимической реакции к единице поверхности и называть ее плотностью тока (А/см2). Различают катодную и анодную плотность тока:
Iк =I/Sк
Iа =I/Sа
где Sк и Sа – площадь катода или анода соответственно, I – сила тока, проходящего через электролит, А.
Во время нанесения электрохимического покрытия на электродах протекают следующие процессы:
К: Men+ + ne = Me
А: Me – ne = Men+
Катодом служит изделие, на которое наносится покрытие. Аноды обычно изготавливают из того металла, покрытие из которого наносится на изделие.