загрузка...
загрузка...
На головну

ЕЛЕКТРОДНИЙ ПОТЕНЦІАЛ. Стандартного водневого електрода. ГАЛЬВАНІЧНІ ЦЕПИ. Рівняння Нернста

  1. II. Рівень базової достатності (II національний стандартний - II НС), що відповідає рівню В1 ОЕК (В1 - рівень порогової навченості по ОЕК).
  2. Водневих і гідроксильних ПОКАЗНИКИ (рН І рОН)
  3. Вибіркове рівняння регресії
  4. гальванічні покриття
  5. гальванічні елементи
  6. геометричне рівняння
  7. Д.1 Диференціальне рівняння нерівномірного руху в призматичних руслах.

Електродний потенціал виникає на кордоні дотику металу з рідиною, наприклад з водою або водним розчином солі цього металу. Умовне позначення такої системи Мz+/ М, де Мz+ - Потенціалопределяющего катіони металу (окислена форма), риса відзначає наявність кордону розділу розчин - тверда фаза, М - метал (відновлена ??форма).

Розглянемо процеси, що протікають при зануренні металу в воду. Між катионами металевої решітки на поверхні металу і диполями води виникають сили електростатичного іон-дипольної взаємодії. Ті катіони, кінетична енергія теплового руху яких досить велика, внаслідок гідратації відриваються від поверхні металу і переходять в воду (реакція окислення). При цьому метал заряджається негативно за рахунок надлишку електронів, що залишилися, а вода - позитивно за рахунок перейшли в неї катіонів металу. Зрозуміло, процес переходу катіонів в воду супроводжується і зворотним процесом - переходом дегідратованих катіонів металу з отриманого водного розчину на поверхню металу (реакція відновлення). В цілому цей окислювально-відновний процес може бути виражений рівнянням:

При зануренні металу в чисту воду в початковий момент часу швидкість виходу катіонів  максимальна, а швидкість їх входу  мінімальна, тому  У міру протікання процесу окислення швидкість виходу катіонів металу зменшується, а швидкість їх входу в тверду фазу збільшується в результаті виникнення ДЕС і взаємодії з ним іонів. Через деякий час швидкості виходу і входу катіонів вирівнюються  і в системі встановлюється рівноважний ДЕС, в якому поверхня металу заряджена негативно, а розчин - позитивно (рис. 25.1, а). Сталий ДЕС характеризується рівноважним електродним потенціалом.

Якщо метал занурити не в чисту воду, а в водний розчин його солі, то в залежності від природи металу і концентрації (активності) його іонів в розчині можливо, що на початку швидкість переходу катіонів металу в розчин буде менше, ніж швидкість їх осадження на поверхні металу, т. е.  . У цьому випадку внаслідок первісного переваги самовільного відновлення катіонів металу виникає рівноважний ДЕС, в якому метал заряджений позитивно, а розчин-негативних (рис. 25.1, б).

Отже, в результаті переходу катіонів металу через поверхню розділу метал - розчин завжди утворюється ДЕС і виникає електродний потенціал. Величина електродного потенціалу ф (Мz+/ М), що виникає на межі метал -розчин, залежить від наступних факторів:

- Природи металу (енергії його кристалічної решітки, енергії іонізації атомів металу і енергії гідратації його катіонів);

- Активності (ефективної концентрації) потенциалопределяющих іонів в розчині;

- Температури розчину.

Потенціал, що виникає в системі при стандартних умовах, називається стандартним і позначається ф ° (Мz+/ М).

Стандартним електродним потенціалом називається потенціал, що виникає на межі метал - розчин при активності потенциалопределяющих іонів в розчині 1 моль / л і температурі 298 К.

Мал. 25.1. Виникнення електроднихпотенціалів:

а - при зануренні металу в чисту воду; б - при зануренні металу в розчин його солі

 
 

 Мал. 25.2. Стандартний водневий електрод

Абсолютне значення стандартного електродного потенціалу окремо взятого електрода виміряти або розрахувати неможливо, але можна визначити його значення щодо будь-якого електрода, обраного в якості еталону. Згідно з Міжнародною угодою таким еталоном служить стандартний водневий електрод.

В електрохімії використовується шкала стандартних потенціалів, визначених щодо потенціалу стандартного водневого електрода, значення якого умовно прийнято рівним нулю.

Стандартний водневий електродявляє собою платинову пластинку, покриту платинової черню (пухкої платиною) і опущену в розчин кислоти, в якому активність іонів водню дорівнює 1 моль / л і через який весь час пропускається дуже чистий газоподібний водень під тиском 1 атм (101 325 Па) (рис. 25.2).

Умовне позначення стандартного водневого електрода:

На водневому електроді протікають оборотні процеси:

Потенціал стандартного водневого електрода умовно прийнятий за нуль при будь-якій температурі:

Слід зазначити, що водневий електрод не дуже зручний в роботі, але важливий в термодинамічній відношенні, оскільки він служить первинним стандартом, щодо якого визначаються потенціали інших електродів. На практиці замість водневого електрода в якості електрода порівняння широко використовують хлорсеребряного електрод, пристрій і робота якого будуть розглянуті в розд. 25.6.

Для визначення електродного потенціалу будь-якого електрода щодо стандартного водневого складають гальванічний ланцюг (елемент) з двох напівелементів: досліджуваного електрода і стандартного водневого електрода.

гальванічна ланцюгявляє собою замкнуту систему, що складається з двох електродів, з'єднаних між собою зовнішньої ланцюгом - електронний провідник (метал) і внутрішньої ланцюгом - іонний провідник (розчини електроліту, з'єднані сольовим містком). У гальванічної ланцюга відбувається перетворення хімічної енергії процесів окислення і відновлення в електричну енергію. У гальванічної ланцюга розрізняють електроди: анод и катод.

анодом в електрохімії називається електрод, на якому протікає реакція окислення, т. е. віддача електронів.

У гальванічної ланцюга анод заряджений негативно, і він посилає електрони в зовнішній ланцюг. Анодом завжди є електрод, матеріал якого легше окислюється, наприклад активніший метал. На відміну від анода, анодний розчин через накопичення в ньому надлишку катіонів заряджається позитивно.

катодом в електрохімії називається електрод, на якому протікає реакція відновлення, т. е. приєднання електронів.

У гальванічної ланцюга катод заряджений позитивно, і він отримує електрони із зовнішнього ланцюга. Катодом є електрод з менш активного металу, катіони якого легше відновлюються. На відміну від катода, катодний розчин в гальванічної ланцюга заряджається негативно через накопичення в ньому аніонів.

Необхідно завжди пам'ятати, що при розгляді електролізу (коли електрична енергія перетворюється в хімічну) характер процесів, що протікають на електродах, зберігається, а знаки анода і катода змінюються на протилежні.

При умовному позначенні гальванічної ланцюга анод записується зліва, катод справа. Кордон розділу між електродом і розчином, в який він опущений, позначається однією рисою, а електролітичний місток, що з'єднує анодний і катодний розчини, позначається двома рисами:

При замиканні гальванічної ланцюга в ній через просторового поділу реакцій окиснення (анод) і відновлення (катод) відбувається спрямований рух електронів від анода до катода по зовнішньому ланцюзі, а іонів - по внутрішній ланцюга (електролітичному містку). Внаслідок виникнення спрямованого руху заряджених частинок в гальванічної ланцюга має місце перетворення хімічної енергії окисно-відновних реакцій в електричну. Таким чином, гальванічні ланцюга можуть бути хімічними джерелами струму.

Здатність гальванічної ланцюга до переносу електричних зарядів характеризується електрорушійної силою (ЕРС).

ЕРС гальванічного ланцюга визначається як різниця потенціалів катода і анода: Е = фк - фа.

У гальванічної ланцюга, що працює мимовільно, потенціал анода завжди менше потенціалу катода, і її ЕРС - величина позитивна (Е> 0).

Вимірювання електродних потенціалів.Якщо виміряти ЕРС гальванічного ланцюга, складеної з досліджуваного електрода і стандартного водневого, то можна визначити значення електродного потенціалу досліджуваного електрода.

Значення електродного потенціалу чисельно дорівнює ЕРС гальванічного ланцюга, складеної з стандартного водневого електрода і електрода, потенціал якого підлягає визначенню і має знак "+", якщо на ньому протікає процес відновлення, і знак "-", якщо процес окислення.

Розглянемо конкретні приклади. Визначимо значення стандартного потенціалу цинкового електрода, опущеного в розчин солі цинку, в якому активність катіонів a (Zn2+) = 1 моль / л. Оскільки цинк окислюється легше, ніж водень, то в гальванічної ланцюга цинковий електрод буде анодом, а стандартний водневий електрод - катодом (рис. 25.3).

Запишемо схему складеної гальванічної ланцюга:

Мал. 25.3. Гальванічна ланцюг для вимірювання стандартного електродного потенціалу цинкового електрода

ЕРС цієї гальванічної ланцюга дорівнює різниці потенціалів катода і анода:

Визначимо стандартний потенціал мідного електрода, якщо ЕРС гальванічного ланцюга, складеної з обумовленого електрода і стандартного водневого, дорівнює 0,34 В.

Величина стандартного електродного потенціалу металу характеризує його здатність віддавати електрони і має постійне для кожного металу значення. Електродний потенціал металів приведені в табл. 25.1.

ряд напруг - Це розташування металів в порядку зростання їх стандартних електродних потенціалів.

В ряді напруг ті метали, які віддають електрони легше, ніж водень, стоять зліва від водню і мають негативні значення стандартних електродних потенціалів. Ті метали, які віддають електрони важче, ніж водень, стоять праворуч від водню і мають позитивні значення стандартних електродних потенціалів. Чим менше значення ф ° (Мz+/ М), тим активніше метал.

Рівняння Нернста.Значення електродного потенціалу, що виникає на межі метал - розчин, залежить від природи металу, активності його іонів в розчині і від температури. Вплив всіх перерахованих факторів на величину електродного потенціалу металу виражається рівнянням Нернста:

де ф ° - стандартний електродний потенціал; R - універсальна газова постійна, 8,31 Дж / (моль - К); Т - температура, К; г - заряд потен-ціалопределяющіх іонів металу; F - число Фарадея, 96 500 Кл / моль; а (Мz+) - Активність потенциалопределяющих іонів металу в розчині, моль / л.

Якщо ввести чисельні значення постійних R и F і перейти від натурального логарифма до десяткового, рівняння Нернста набуде вигляду:

 
 

При стандартній температурі 298 К рівняння Нернста має вигляд:

Залежність електродного потенціалу металу від концентрації його катіонів в розчині лежить в основі застосування концентраційних гальванічних ланцюгів.

Концентраційні гальванічні ланцюга.У цих ланцюгах матеріал електродів однаковий, але вони опущені в розчини з різною концентрацією потенциалопределяющих іонів. В концентраційних гальванічних ланцюгах анодом буде той електрод, який опущений в розчин з меншою концентрацією солі, а катодом - електрод, опущений в розчин з більшою концентрацією солі. ЕРС концентраційної гальванічної ланцюга дорівнює:

Концентраційні гальванічні ланцюга широко використовуються для визначення ефективної концентрації (активності) іонів в розчинах, а також розчинності малорозчинних електролітів.



Попередня   249   250   251   252   253   254   255   256   257   258   259   260   261   262   263   264   Наступна

Нуклеозидами, нуклеотидів і НУКЛЕЇНОВІ КИСЛОТИ, ЇХ СТРУКТУРА І ВЛАСТИВОСТІ | Електрохімії. ЕЛЕКТРИЧНА ПРОВІДНІСТЬ РОЗЧИНІВ ЕЛЕКТРОЛІТІВ | ЕЛЕКТРИЧНА РУХЛИВІСТЬ ИОНОВ В РОЗЧИНІ | ПИТОМА ЕЛЕКТРИЧНА ПРОВІДНІСТЬ РОЗЧИНІВ ЕЛЕКТРОЛІТІВ | Молярна ЕЛЕКТРИЧНА ПРОВІДНІСТЬ РОЗЧИНІВ ЕЛЕКТРОЛІТІВ | ЗАКОН НЕЗАЛЕЖНОГО РУХУ ИОНОВ У розведених розчинах (ЗАКОН Кольрауш) | Граничної молярної електричну провідність іона | Кондуктометричну МЕТОДИ АНАЛІЗУ | кондуктометричну титрування | ЕЛЕКТРИЧНА ПРОВІДНІСТЬ БІОЛОГІЧНИХ ОБ'ЄКТІВ В нормі І ПАТОЛОГІЇ |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати