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化学中的极化是什么意思呢(极化率怎么判断是多少)

化学中的极化是什么意思呢(极化率怎么判断是多少)

更新时间:2024-06-10 07:33:00

化学中的极化是什么意思呢

极化(polarization),指事物在一定条件下发生两极分化,使其性质相对于原来状态有所偏离的现象。如分子极化(偶极矩增大)、光子极化(偏振)、电极极化等。表征均匀平面波的电场矢量(或磁场矢量)在空间指向变化的性质,通过一给定点上正弦波的电场矢量E末端的轨迹来具体说明。

首先,来讨论什么是电化学中的极化。在热力学平衡状态下,电化学系统中的每个电极都有一个平衡电势,电势的大小是由电极表面存在的氧化还原对(redox couple)所决定。例如,我们把铂金电极浸在氢离子含量为1mol/L的水溶液中,并在铂金电极表面通氢气,这时在铂金表面的氧化还原对是H2/H+,所对应的电势被规定为0 V。不同的氧化还原对,所对应的电势通常不同。在热力学平衡下,貌似“平静”的电极表面,依然是有电化学过程进行的,但是正逆方向电流相同,所以并没有净电流通过。

但是,当同一电化学系统的两个的电极(具有不同电势)通过外部电子线路相连时,由于两电极的电势不同,将会有净电流通过,热力学平衡状态从而被打破。对于其中一个电极而言,净电流的通过涉及到的电化学过程可能包括离子在电极表面的吸附,离子获得或失去电子,以及生成物脱离电极表面等,这其中的每一步的发生都需要克服一个活化能垒(activation energy barrier)。这种情况下,电极的电势也偏离了原来的平衡值,被称为极化。这部分与活化过程相关的极化,被称为活化极化(activation polarization),所对应的能量,用于克服上述的活化能垒。活化极化与电流之间的定量关系可以用Butler-Volmer equation来描述。[1], [2]

除了活化极化,还有一种极化是浓度极化,对应的是参与电化学反应的物质的扩散过程。

另外,值得区分的是,电化学中的极化和光学中的极化是不同的概念。

参考文献:

[1] Callister & Rethwisch, Materials Science and Engineering An Introduction, 9e, Wiley.

[2] Bard & Faulkner, Electrochemical Methods, 2nd edition, Wiley.

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