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超电势和极化率对人类生活的影响摘要：以腐蚀原电池为重点，简略讨论了原电池或电解池中电流强度不为零时超电势（极化量）和极化率的形成原因，对阳极或阴极电势的影响，以及由此而带来的对人类生活的影响。关键词：超电势极化率生活电极电势有理论电势与实际电势之分。原电池或电解池中电流强度i=0时，电极电势为理论电势（热力学平衡电势，或称为Nernst.H.W电势）。i≠0时，实际电极电势偏离理论电势，偏离量称为超电势。对于阴极（原电池的正极也是阴极，发生还原半反应），超电势使实际电势比理论电势低。对于阳极（原电池的负极也是阳极，发生氧化半反应），超电势使实际电势比理论电势高。也就是说，若设ψ为电极电势，η为超电势，则当i≠0时，ψ阴，实=ψ阴，理-η阴（η阴0），即ψ阴，实ψ阴，理；ψ阳，实=ψ阳，理+η阳（η阳0），即ψ阳，实ψ阳，理。η又称为超电位、过电势、过电位。它的大小代表了极化的程度，即极化量。极化量和极化率的大小取决于：○1电极反应产物的种类（包括物态）；○2电极材料的种类和表面状况；○3电流密度的大小；○4温度；○5电极副反应产物；○6电解质溶液的搅拌情况等。1化学电源人类需要利用原电池作化学电源，但η使负极（阳极）电势升高，正极（阴极）电势降低，原电池电动势E降低（E=ψ正-ψ负），电源性能不好。如锌锰酸性电池，由于正极半反应产生的NH3（g）切断了MnO2在碳棒上取得电子的通路，半反应变得困难，负电荷在正极积累，正极电位下降，电池性能变坏。为此，电池非得“休息”一段时间，以便NH3（g）扩散开，我们才可继续勉强使用这个电池。可见，化学电源中的超电势对人类不利。2腐蚀电池让我们借用伊文思线图讨论一下极化量η和极化率对金属的电化学腐蚀的影响。如果：○1将表征腐蚀电池特性的两条极化曲线（阳极极化曲线和阴极极化曲线）画在同一个图上；○2横座标用电流强度而不用电流密度（或者假设腐蚀电池的阴极面积等于阳极面积）；○3不计较电极电势随电流密度的增加而变化的详细情况，而将电极电势随电流密度变化的曲线画成直线。这种简化了的图解被称为伊文思线图（图中设腐蚀电池的电阻为零）。图1混合控制的伊文思线图由图1可见：i=0时，电极电势等于理论平衡电势。i≠0时，阳极电势升高，ψ阳，实=ψ阳，理+η阳，η阳0，即ψ阳，实ψ阳，理；阴极电势降低，ψ阴，实=ψ阴，理-η阴，η阴0，即ψ阴，实ψ阴，理。所以i≠0时，腐蚀电池的电动势降低（E=ψ阴，实-ψ阳，实），而且i愈大，η阳和η阴也愈大，电动势E愈小。但是除η外还必须考虑极化率(在伊文思图中为△ψ/△i)的影响。图1中阳极极化率和阴极极化率都起重要作用，称为混合控制。由图1可见极化率越大，最大腐蚀电流越小。腐蚀速率是指金属在单位面积上，单位时间内所损失的质量，若以Vcoor表示，则有：式中：W——阳极金属腐蚀量，g；F——法拉第常数，96485C·mol-1；MG——阳极金属的摩尔质量，g·mol-1；n——阳极金属溶解（即腐蚀）后所形成的离子的价数；i——电流强度，A；t——腐蚀时间，s；即Vcorr正比于腐蚀电流强度i。综上所述,超电势（或极化率）越大，腐蚀电流越小，腐蚀速率也越小。而金属腐蚀对人类造成的危害是众所周知的，可见在减小金属腐蚀速率方面，超电势（或极化率）对人类有利。3电解池η使ψ阴降低，ψ阳升高，电解池实际分解电压大于理论分解电压，需多耗电能，多交电费,对人类不利。但另一方面，我们也可以利用超电势这个客观存在，选用不同的电极材料和适当的电解条件（温度、电流密度等）达到工业生产的目的。最著名的例子就是氯碱工业中氯气的生产。能斯特电位数值如下：ψΘ（O2/OH-）=0.401V，ψΘ(Cl2/Cl-)=1.358V，可见ψΘ(O2/OH-)ψΘ(Cl2/Cl-)，电解槽的阳极似乎应该析出氧气。可是由于[Cl-][OH-]，但主要还是因为实际生产中选用了合适的阳极材料，使析出氧的η析出氯的η，结果是析出氧气的实际电势反而大于析出氯气的实际电势。这样我们就可以从电解槽的阳极得到氯气，而不是氧气。这是至今人类找到的工业化大规模生产氯气的重要方法（生产氧气有极好的工业化方法：空气液化，然后分馏）。4结束语化学电源、金属的电化学腐蚀或电解质溶（熔）液电解，极化量与极化率的变化都是最重要的。极化量和极化率不仅决定了化学电源有无商业价值或金属的电化学腐蚀速率，同时还决定了电解产物的种类和状态。电化学是一门高度跨学科的科学，如电解质溶（熔）液理论、金属学、半导体学、相界面测量技术等。电化学科学所涉及的科研和产业总金额也是极其庞大的。致谢：感谢四川农业大学理学院***在物理化学课上的悉心指导与讲解，使我更好的完成了这篇文章。感谢四川农业大学图书馆资源数据库，使我可以免费下载多篇优秀期刊文献，完成文章。