Главная ->  Природные воды 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 [ 13 ] 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50

при возникновении на нем потенциала ф (при £о>20 В/см) скорости анионов становятся столь большими, что эффект рассасывания рмоз может иметь место за счет притока анионов на катод из области бмоз- Так, при подвижности анионов

Оз = 5 . 10-* см(В-с), £ = 50 В/см, бдаф 10- см,

Уа = Иа£ = 5 10-* . 50 = 2,5 . 10-= см/с. t = 6IV =

= 10-*/2,5 . Ю-= 0,4 с.

Осциллограммы (рис. 1.20) показывают, что время резкого изменения тока в момент включения переменного напряжения fo=

Рис. 1.19. Изменение переменного напряжения и- при приближении подвижного электрода-сетки к катоду при неизменном эффекте увеличения плотности предельных токов в растворе 0,01 и. CUSO4.

X - расстояние катод-сетка; Д/-= 140%; / - кольцевая ячейка, 2 -

прямоугольная ячейка Д/-=

=(я о-я ,=о)/е =о-


2,0 сп

= 50 Гц имеет именно этот порядок для случая диффузионной и смешанной кинетики.

Таким образом, полученные данные подтверждают не только наличие прикатодного заряда значительной плотности, но и его ведущую роль в ограничении предельных токов. Как показали эксперименты, протяженность объемного заряда для неподвижного электролита не превышает 0,5-10-2 см, а напряженность создаваемого им электрического поля порядка 20-30 В/см. Показана возможность увеличения предельного тока путем прямого воздействия переменного электрического поля на прикатодную область. С повышением концентрации электролита эти эффекты снижались.

В области электрохимической кинетики изменения тока не превышали 10-15%, что, возможно, обусловлено изменением структуры диффузной части двойного слоя и тем, что процесс мог протекать при участии диффузионных ограничений. По-видимому, этим же обусловлены и малые изменения вольтамперных характеристик при воздействии переменного электрического напряжения на область электродных процессов.

Отметим, что энергия возникающих явлений, в значительной степени обусловливающих рассасывание объемного заряда, опре-



деляется прежде всего потенциальной энергией объемного заряда плотностью Рмоз и затем энергией приложенного переменного электрического поля. Энергия объемного заряда является, по-суще-ству, паразитно расходуемой энергией, а протяженность области


Рис. 1.20. Осциллограммы зависимости I=f(t) при £ = 120 В/см, /о=50 Гц, с = 0,01 и. CUSO4. Кольцевая электрохимическая ячейка.

а -область дпффузионнсй клнегпкп. и = 1,5 В. /-=1.8 мА в момент включения it{t); б - об.пасть смешанной кинетики. Прп включении и = 0.о В, / = 1,0 мА.

воздействия переменного электрического поля может быть сведена к минимуму. Это позволяет ожидать необычайно большой эффективности предлагаемой системы в области диффузионной кинетики, В то же время наложение переменного электрического поля в области электрохимической кинетики может оказать лишь незначительное влияние и будет малоэффективным.

Отметим, что рассмотренные явления могут быть полезны при изучении электропереноса через нонообменннки, а также для ин-



тенсификации некоторых других гетерогенных процессов. По-видимому, эти явления особенно важны при рассмотрении физико-химической природы биоэлектрических явлений и процессов электропереноса в системах, рассмотренных в гл. 3. Эти эффекты могут найти применение как в экспериментальной физике и электрохимии, так и при интенсификации различных гетерогенных процессов, связанных с переносом одного или нескольких типов ионов через границы раздела фаз при vc=0.

По-видимому, образование объемного заряда значительной протяженности вблизи заряженных поверхностей раздела, проницаемых для ионов одного знака, на границе с ионизованной системой, содержащей носители зарядов с различными коэффициентами диффузии в нейтральной среде, носит всеобщий характер и встречается в различных природных явлениях. Поэтому изложенные представления могут быть использованы в физике плазмы [77], в геофизике [86], биофизике [50] и в других областях науки и техники.

Макроскопические объемные заряды (отсутствие внешнего источника). По аналогии с макроскопическими заряженными слоями в приэлектродных областях при отсутствии внешнего электрического поля в электролитах возникают области, представляющие собой один из источников межэлектродной разности потенциалов.

Теоретические предпосылки. Ранее рассматривалась методика исследования макроскопических объемных зарядов, возникающих в водных электролитах при /=/пр, где /пр - предельная плотность тока, обусловленная внешним источником напряжения Ивп=70. Отмечалось, что область существования объемных зарядов характеризуется слоем толщиной 6моз>бдв и плотностью рмоз<Срдв, бдв и рдв соответственно толщина и плотность объемного заряда двойного слоя, бмоз 10-- 10 * см. Объемные заряды с аналогичными свойствами могут возникать в электролитах и при Ывн = 0.

Как известно, при погружении в неподвижный водный электролит двух электродов (обозначим их А и В), подключенных к регистрирующему устройству, возникает напряжение Uab, которое может быть обусловлено контактными явлениями на границе металл-электролит, различиями в площади электродов и в качестве их поверхности, что имеет место и при одинаковом материале электродов. Существенный вклад в uab может вносить свет из-за возникновения фоточувствительных полупроводниковых и окисных пленок.

Нестабильность ив, зависимость от различных физических факторов, в том числе и от гидродинамических, привели к тому, что эти эффекты обычно относят к паразитным поляризационным процессам. Их стараются избегать в экспериментальных исследованиях и в практике, где они составляют одну из основнух погрешностей электрических измерений в водных средах [39]. Между тем потенциалы типа Uab в природных условиях широко распространены везде, где имеет место граница раздела проводящей или



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 [ 13 ] 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50