陰極過程

金屬離子或氫離子在陰極上獲得電子而被還原的電化冶金過程。對於特定的陰極和電解液，極化還原電位越正（越高）的正離子，越先在陰極上與電子結合而被還原。就一般的水溶液電解而言，在元素周期表中鉻分族左邊的金屬元素（包括該分族中的鎢和鉬），不能在陰極還原析出；右邊的金屬元素（包括鉻，但鋁除外），則都能較易在陰極還原析出。

基本介紹

• 中文名：陰極過程
• 外文名：cathode precess
• 拼音：yīn jí guò chéng
• 類別：化學反應
• 套用：電化冶金
• 近義詞：陰極還原反應

陰極過程定義

影響因素 陰極過程受陰極的材質和狀態特點的影響甚大，可以是金屬離子被還原成更低價態乃至被還原呈游離金屬析出，也可以是H⁺的放電呈氫氣析出。影響陰極過程的主要因素有超電位、陰極性狀和電解質體系。

超電位金屬離子陰極還原的超電位一般都很小，而氫卻相當大。氫由於在標準還原電位比其更負的某些較活潑金屬如鉛、錫、鋅等上面具有很高的活化超電位，使得其析出所需的極化還原電位變得比這些金屬的更負。結果，即使在酸性水溶液中電解，陰極過程基本上也不是H⁺離子的放電析出，而是這些金屬離子在陰極上進行被還原成游離金屬的電結晶過程。

陰極過程性質

陰極的材質、聚集狀態和表面特性對陰極過程都會有影響。例如，本來不能通過水溶液電解提取的鹼金屬、鹼土金屬和稀土金屬，但在使用汞或汞齊液態陰極的情況下，一方面靠氫在汞陰極上的極高超電位，另一方面靠與汞形成汞齊，降低了其在陰極中的活度使金屬電位變得更正，而能有效地進行陰極還原析出。

電解質體系 有機溶劑電解質體系因不存在氫的析出問題，某些活潑金屬可以從這種電解質體系中陰極還原析出。例如，可以自醚的溶液中電解鋁和鎂。

金屬配位離子陰極還原特點 金屬配位離子的陰極電還原過程需在更負的陰極極化還原電位下進行。金屬的還原析出不是配位離子先離解出簡單金屬離子，再由後者放電析出；而是配位離子在陰極上通過減少配位數或交換配位體轉化為“表面配合物”後直接放電析出的。電解金屬配位離子通常都能獲得細結晶的陰極沉積金屬。

陰極過程的套用

利用電化學阻抗(Els)技術研究了N80鋼在不同介質條件下CO₂腐蝕過程中可能存在的陰極反應及其反應速度。結果表明，N80鋼在CO₂腐蝕環境下存在H⁺和H₂O以及H₂CO₃，HCO₃^-的還原反應、但在不同條件下各個還原反應的速度並不相同。在酸性的飽和CO₂溶液中，H⁺的還原控制著陰極反應速度，HCO₃^-和H₂CO₃的還原反應速度較小；在中性的飽和CO₂溶液中，陰極過程以HCO₃^-和H₂CO₃的還原為主，H⁺的還原反應速度比較微弱；在鹼性的NaHCO₃溶液通入CO₂後，HCO₃^-的還原控制著陰極反應速度。在以上條件下，H₂O的還原速度比較微弱，還不會對陰極交換電流產生影響。