Fém elektróda atomjának ionként való leválása az elektrolitba, de hogyan?

Az elektrolitok határfelületén a szilárd és és a folyadék fázis között potenciálkülönbség jön létre, ebből kifolyólag elektronok ugorhatnak át vagy válhatnak le a felületre/ről.

A potenciálkülönbség függ anyagi minőségtől (ld. -> elektródpotenciálok) és az elektrolit koncentrációjától.

A potenciálkülönbség hatására a vándorló elektronok a pozitívabb jellemű komponenstől a negatívabb felé vándorolnak. Jelen esetben a cink fémrácsának határfelületén elektronleadás történik, a cink ionok pedig mivel az erősen poláris vízmolekulák körbeveszik (hidrátburok), kiszakadnak és az oldatba vándorolnak.

A folyamat bruttó eredménye Zn atomonként 2db elektron kiszakadása (elektrokémiai oxidáció), azaz áram keletkezése és a cink elektród lassú fogyása, amint oldatba vándorol a fém.

Mivel úgy látom nemcsak a folyamat, hanem a pontos mechanizmus is érdekel, az ettől egy picit különbözik. A Zn fém és az oldatában lévő Zn-ionok eleve egyensúlyra törekednek, azaz válik le fém, miközben épül vissza is Zn-ion a fémrácsba. A egyensúly eltolódás miatt azonban, az elektród határfelületi potenciálja az elektronleadási folyamatot részesíti előnyben a visszaépüléssel szemben mindaddig, amíg a potenciálok ki nem egyenlítődnek (nagy töménységű Zn-szulfát képződése), de lehet hogy addigra az elektród el is fogy.

Kevés elektrolit, nagy fémfeleslegnél megállna a folyamat az egyensúlyi ponton, nem fogyna el az egész Zink-rúd.

Lényegében az elektrosztatikus térerősségeknek engedelmeskedve, a termikus rezgések során lépnek át statisztikusan kisebb energiájú állapotba a részecskék a fémrácsból oldatba. (és rendeződnek át az elektronpályák).

hogy pontosan milyen energiájú pályákról van szó, és ezek kiszakításához mekkora energia kell, illetve a két nívó között mekkora a különbség, az elektron állapotokat leíró statisztkus Schrödinger-egyenlettel tudjuk megadni (így ezzel akár elméletileg is számolható elektródpotenciál, sőt olvadáspont stb... azaz olyan szerkezeti tulajdonságok, amelyek lényegében az atommag körüli elektronrendszeren múlik. Ez a periódusos rendszer első néhány eleménél bonyolultabb anyagoknál rettenetesen komplikált, de megtehető, és le is fektette a tudomány, néhány esetben korrigálni kellett a relativisztikus hatásokkal, de szépen stimmelt a valósággal és a mérésekkel)

Egyik energianívó a fémrácsban rezgő Zn-ionok és szabad delokalizált elektronok rendszere, másik az oldatban hidrátburokkal körülvett Zn-ion és a fém delokaliált rendszerében visszamaradó, töltésfelesleget okozó többlet elektronrendszere, ami megbír egy kis felesleget a fémrácsban eloszlatva. A hidratált ion energiaállapota pedig kisebb mint a fémrácsban volt (-> hidratációs hő)

A folyamatban egy idő után beáll az egyensúly, nem tud egy bizonyosnál több töltésfelesleg (szabad elektron) visszamaradni az elektródon, mert annak felerősödő elektrosztatikus térerőssége a további oldatba lépés mellett az ionokat vissza is húzza. Ennek mértéke anyagi minőség függő. Negatívabb jellemű fém jobban, pozitívabb kevésbé fog hidratálódni. (de még az arany is oldódik egy igen csekély mértékben pl. vízben)

Az egészet dinamikus ki-be lépésekkel képzeld el a fázishatáron, ne valami pingponglabdák leválásával. (és mindvégig szó sincs szabad ionokról vagy elektronokról, az csak a nettó folyamatleírás).

Egy olyan nagy fajlagos töltésű dolog, mint egy szabad elektron vagy fémion, mindig dúsan körbe lesz véve környezete ellentétes elektrosztatikus potenciálú részecskéivel. (még a Nap plazmában is a levált elektronok ott rezegnek a pozitív ionok töltéskörnyezetében, csak az energiaszint már meghaladja a kötési energiát, ezért leválnak -> ezért lesz plazma, és a hőfok növekedséével egyre többszörösebben ionizált az anyag)