Катодный процесс

На катоде разряжаются положительно заряженные ионы цинка и водорода:

Zn²⁺ + 2е → Zn, (15)

2Н⁺+2е→ Н₂, (16)

Как следует из таблицы 2, стандартный потенциал цинка равен –0,762 В, а водорода +0,0 В, т. е. _Н2 > _Zn. Согласно ряду на­пряжений, на катоде должен идти процесс 16. Однако осаждается преимущественно цинк, а затраты электроэнергии на разряд ионов водорода и его выделение на катоде не пре­вышают 10–12% общего расхода электроэнергии на электроосаж­дение цинка из сульфатного раствора.

Таблица 2 – Стандартные потенциалы металлов при 25° С

Для вы­деления (разряда) катионов с более положительным стандартным потенциалом требуется приложить меньшее напряжение к электродам, т. е. при электролизе сульфата цинка на катоде в первую очередь выделяется водород, а не цинк.

К факторам, повышающим перенапряжение во­дорода на цинке, относятся: чистота раствора, высокая плотность тока, низкая кислотность и низкая температура электролита, глад­кая поверхность катодного осадка, наличие в растворе поверхност­но активных веществ определенной концентрации.

Процесс осаж­дения цинка состоит из трех стадий: разряд ионов, осаждение ато­мов цинка на катоде, пополнение убыли ионов в прикатодном слое. Поляризация, или снижение потенциала разряда цинка, возникает в результате замедления второй и особенно третьей стадии, на кото­рой возникает концентрационная поляризация вследствие несвое­временного пополнения прикатодного слоя ионами цинка.

В случае совместного разряда на катоде ионов цинка и водоро­да причины выделения водорода на катоде следующие:

а) потенциал выделения водорода на цинке при промышленных плотностях тока более отрицателен (–1,13 В при 600 А/м²), чем потенциал выделения цинка (–0,96 В при 600 А/м²);

б) примеси с низким перенапряжением водорода, оседающие на катоде вместе с цинком, а также структурные и поверхностные не­ровности осадков цинка создают условия для выделения водорода.

Как для разряда ионов цинка, так и для разряда ионов водо­рода требуется затрата электронов, т. е. электрической энергии, ко­торая во втором случае расходуется бесполезно. Поэтому для по­вышения выхода по току особое внимание уделяется факторам, по­вышающим перенапряжение водорода на цинке [4].