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发布时间:2021-12-28 06:25:19
加入的Na2SO4 在电化学上叫支持电解质,它在溶剂中完全电离,作用是以它的离子在电场中的定向移动,来代替待测物质离子的定向移动。那么我们为什么要这样做呢?原因有很多,增加导电性是其基本任务,对于你说的这个例子,理解到增加导电性其实一般也就是够了,不否认这话有些敷衍性。因此,电解电容器的损耗因数(简称DF)很多技术文献中也称为损耗角正切。实在是因为如果说的更细就比较复杂了,需要对电路,电容,极化,电还原氧化以及电化学扩散控制有一些认识。我自认为是在电化学方面还有研究,愿意给你讲讲这里的故事,希望你仔细阅读并理解。
我们知道,两根带电的电极放在溶液里,就会形成电场,电场会驱动溶液里的带电粒子。这个过程比电化学反应容易的多,是电场和带电粒子的本质属性,发生的优先级也是。就比如你说的这个例子,如果没有加Na2SO4,如果这时候电极两端的电压(比如0.8 V吧)不足以电解水,电场会驱动水里的氢离子和氢氧根离子(~10-7M) 分别往阴阳极移动。什么时候停止呢?一直到要到阴阳两极聚集的氢离子和氢氧根离子浓度,大到能够抵消掉这0.8 V的电场为止(带正电的氢离子去中和阴极,带负电的氢氧根去中和阳极)。目前薄膜电容器,做得的当属德国的EPCOS没有之一,当然国内的法拉电容技术和市场发展势头迅猛(个人认为是民族工业的骄傲)。因为水中的氢离子和氢氧根离子太少,这个过程会很慢,可能需要几分钟才能完成,取决于电极间的距离。但如果这里时候,加入一定浓度的 Na2SO4,应该几十秒就能搞定,因为浓度大嘛。这就是我们说的增加导电性,在这里浪费如此篇幅,就是想告诉你,不发生电化学反应的离子,通电后在电解液里都在干什么。是的,它们不放电,也不吸电,就是靠着自己的移动,去把加在溶液里的电场抵消掉,就是直流电路里给电容器充电的过程。
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当然这并不代表,支持电解质的全部功用。上面说到,我们不希望看到溶液中的H+和OH-(也就是待测物)在电场作用下做定向移动,为什么呢?这里就涉及到电化学的根本---扩散。就是:如果电极周围的反应物消耗没了,就从高浓度的区域,行云流水般地自然扩散过来,而不是有别的因素和力量将其驱赶过来。另外还要注意的一个问题是工作电压裕量,一般来说要在15%以上。我们管这叫扩散控制,这是电化学里能斯特方程以及计算电化学电流(或称法拉第电流)的基础,不是扩散控制的电化学反应,一般也就可以扔进垃圾堆里,因为实在不好分析。所以,支持电解质除了增加导电性,更重要的任务就是,在电场下,消除待测物的迁移电流,就是告诉待测物们,你们都别动,我动就好了,你们想动,就等着慢慢扩散过去吧。
支持电解质还有一个决定,也和这个有关。我们知道在电解池里,阳极发生永远氧化反应,同时阴极总是发生还原反应。在直流电源电路里,电解电容的充电、放电作用,可以理解为通过交流电,或使交流电通过电容泄放了。我们也知道,因为异性相吸的结果,溶液中阴离子总是要往阳极跑,阳离子永远要往阴极跑, 那么你们是否会发现,如果是这样,会出现阴离子永远不可能发生还原反应,或者阳离子永远不可能在电解池被氧化的怪事。正如文章开头所说,当用支持电解质离子的定向移动,来代替待测物质离子的定向移动后,这个问题就可以得到解决。
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