磁場が酸化還元反応に与える影響について

質問

http://ci.nii.ac.jp/naid/110006476018
http://semrl.t.u-tokyo.ac.jp/SUPERCOM/28/28_16.html

上記のページに強磁場下で酸化還元反応を行うと、磁場によりローレンツ力が発生し、対流が起こるため、拡散が速くなる、
というように書かれてあるのですが、
これに関して質問させて下さい。

磁場の方向は電極に対してどういう角度に向ければ、拡散速度が速くなるのでしょうか？

電極に対して垂直にかけたとすると、イオンの拡散方向と一致してしまうため、拡散速度に影響は出ないと思います。
電極に対して平行にかけたとすると、ホール効果のように、磁場と拡散方向に対して垂直にイオンは移動していくのではないのでしょうか？
いずれにしても、電極との間に拡散を促進するような機構が働くとは思えないのですが、これはどう解釈すれば良いのでしょうか？

回答No.1

c80s3xxx · ベストアンサー

# そういえば，青柿先生には長らくお目にかかってないような気がしますが．

MHD というのは，磁場をかけることでイオンの動きが直接電極方向に加速されるわけではありません．

回転電極やチャネルフロー法という，流体力学的方法を調べてみてください．典型的にはチャネルフローがわかりやすいですが，この方法は電極面に平行に液を流します．その結果，電極表面近傍の溶液中に形成される拡散層の厚みが，stagnant layer の厚みに制限されます．これは拡散支配で物質移動が制限される領域が薄くなることに対応するため，静止溶液よりも電流が多く流れるようになり，また過電圧の大きい領域では限界拡散電流が得られるようになります．限界電流の大きさは，フローの流速を上げるほど，つまり stagnant layer の厚みが薄いほど大きくなり，これは拡散で移動するべき距離が減少して，結果的に拡散速度 (あるいは濃度勾配) が大きくなったことになるわけです．

MHD も同様に電流と磁場の双方に垂直な方向の液流が発生して，拡散層が薄くなることが問題なのでしょう．

回答No.2

noname#160321

ディスク電極やリングディスク電極による流体力学存在下の電気化学をご存知でしょうか？
一般の電気化学では「拡散電流」と電気二重層に支配される電子伝達が電極の運動によって拡散の[呪縛」から解き放たれることにより、電極表面における「真の電子伝達速度」を観測することが出来るようになります。
磁場での効果は電極内での誘電効果と溶液内における荷電粒子だけにかかるローレンツ力により、ご指摘の磁場と電極の位置の関係は電子伝達反応の種類により多様な姿を見せると推定されます。
この場合、実際磁場を掛けて測定すると想定していたのとは違う挙動が観察されることも多く、かなり複雑な三次元の微分方程式を解かされる羽目になります。^^

お礼

ありがとうございます。

つまり、磁場をかけることによる効果はディスク電極やリングディスク電極を使ったときと、等価だということなのですね。

でもディスク電極を使った場合には、ディスクを回すことによる遠心力により電極表面の溶液が電極の外へ逃げていき、対流ができ、
それによりバルク溶液からの流れができる、
というものだと思うのですが、磁場で同じことをしようと思ったとき、どういう角度で磁場を電極にかければ良いのでしょうか？

質問のところでも書いた通り、どんな角度にしたとしても、拡散が促進される向きにはローレンツ力が働かないように思うのですが・・・