מכל מלמדײ השכלתי (duchifat) wrote,
מכל מלמדײ השכלתי
duchifat

Categories:

тупим (химики будут смеяться)

Такая, казалось бы, относительно простая вещь, как электрохимия, в моей голове укладывается очень плохо. Поскольку мы с аспирантом из Кералы пытаемся выяснить, как супергидрофобия влияет на коррозию в металлах, то понадобилось нам разобраться с основами электрохимии в пределах учебника для младших курсов. Еще проще - с уравнением Тафеля и как измеряют ток коррозии. Я привык об электрическом токе думать в терминах з-нов Кирхгофа. Есть вершины, в них потенциал, между ними по ребрам идет ток. А с этой коррозией у меня ментальный блок. Во первых, у них загадочным образом три электрода, а не два: рабочий электрод, контр-электрод и референс электрод. И как между ними идет ток, никто нарисовать не может в виде электросхeмы. :) Как бы через референс ничего не идет. Зачем же он тогда? Для референса, чтобы было, от чего отмерять потенциал. Ы? Разность потенциалов есть, а ток не идет? Ничего не понимаю.

Но это еще полбеды. С коррозией история такая. Ежели рабочий электрод опускают в электролит (никакого электричества пока не подключая), то с электрода в электролит бегут положительные ионы металла. В электроде образуются избыточные электроны. К ним бегут положительные ионы электролита. Таким образом, сразу течет три тока, равных по абсолютной величине: катодный ток туда, анодный ток обратно, и коррозионный ток в самом электроде. Последний, впрочем, какой-то виртуальный, поскольку происходит в одной точке. Вот этот самый коррозионный ток и нужно установить, но померить его непосредственно невозможно, он ведь довольно таки виртуальный где-то там в одной точке. А катодный и анодный (равные коррозионному по величине) идут одновремненно в противоположные стороны (с электрода в электролит и обратно), и их отделить друг от друга тоже невозможно, амперметр не воткнешь. Что же делать? Умные электрохимики придумали такой трюк. Втыкают еще один электрод (контрэлектрод) из платины, чтобы там никакой коррозии не было. И подводят между ними ток. В нормальной ситуации (если бы не было коррозии на рабочем электроде) ток пропорционален экспоненте напряжения. Don't ask me why. Закон Тафеля. И то и другое можно измерить. Правда, с измерением напряжения некая загвоздка, нужен третий (референс) электрод, шайтан знает почему.





И вот если бы тока коррозии на рабочем электроде не было, то была бы экспонента (на логарифмическом графике - прямая линия) в качестве вольт-амперной характеристики. А ток коррозии все портит. Но только когда внешний ток сравним с током коррозии по величине. Суммарный измеряeмый ток становится равен нулю (на логaрифмическом графе уходит в минус бесконечность), когда приложенный потенциал равен коррозионному потенциалy. А что такое коррозионный потенциал? Единственно, как я могу объяснить для cебя - что анодный и катодный ток все же не полностью уравновешивают друг друга. Когда электрод опускают в электролит, через какое-то время на электроде накаплоивается избыточный положительный или отрицательный заряд. И можно померять потенциометром разность потенциалов между электродом и электролитом (тем самым референс-электродом, воткнутым в электролит, очевидно; что же мешает вместо него использовать контр-электрод, не спрашивайте). Ну и вот, когда прикладывают противоположный коррозионному потенциал к рабочему электроду, то ток в цепи не идет. Потому что суммарный потенциал в цепи равен нулю. Не могу сказать, что я это хорошо понимаю (что будет если приложить нулевой потенциал? И измерить ток в цепи?). А коррозионный ток измеряют так. Из измеренной вольт-амперной характеристики вычитают экспоненту по закону Тафеля. Графически это значит, что строят касательную прямую на логарифмическом графике. То, где она пересекается с нулем перенапряжения (т.е. с коррозионным потенциалом), соответствует Exchange current density, плотности обменного тока. То есть искомому коррозионному току.

Почему? Потому что если мы прикладываем внешний ток, скажем, в направлении анодного тока, то в противоположном направлении катодных ток остается каким был (реакция с ионами продолжается себе). Соответственно, проведя касательную (она соответствует экспоненциальному катодному току), мы вычленяем из суммарного тока анодный. При нулевом оверпотенциале последний равен току коррозии. Не могу сказать, что я сам себя убедил. А химики все это понимают (или делают вид).


Сегодня с аспирантом два часа это обсуждали, и учебники разные смотрели, и сайты. Кажетcя, я его запутал. Я просил нарисовать простую картинку, где было бы видно, какой между чем и чем потенциал, и куда течет какой ток, в духе законов Кирхгофа. Попутно поспорили о том, вектор ли ток или скаляр. :) Я говорю, конечно вектор, посмотри на четвертое уравнение Максвелла, всю жизнь ток был вектор. А он говорит, что то плотность тока, а ток через сечение типа скаляр. Вот смех и грех, так на уровне школьной физики и барахтаемся.

По мне так наука "физическая" отличается от мутной "химической" тем, что в химической очень трудно из каких-то общих начальных принципов заранее сказать, что будет, если электроды воткнуть вот так и так, только из лабораторного опыта достигается знание, что ур-е Тафеля или Батлера-Волмера работает вот так и так.
Tags: science
Subscribe

  • (no subject)

    1) Еще вспомнил из вчерашних партнерок. С уроками танцев в нынешнем количестве (в Питере офигенное количество бачаты и сальсы, я беру уроки почти…

  • (no subject)

    Любопытная статья про то, что скорость звука в твердых материалах ограничена величиной 36 км / с, точнее, V/c= alpha (m_e/2m_p)^1/2, где alpha -…

  • лытдыбр

    Получаю огромное удовольствие от того, что езжу на работу каждый день на троллейбусе №3 или на маршрутке К258 через Литейный мост и через весь…

  • Post a new comment

    Error

    Comments allowed for friends only

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 4 comments