Головна |
При опусканні металевої пластинки в воду на її поверхні виникає негативний електричний заряд. Механізм його появи полягає в наступному. У вузлах кристалічної решітки металів знаходяться позитивно заряджені іони або нейтральні атоми, між якими рухаються вільні електрони.
У водному середовищі катіони, розташовані на поверхні кристалічної решітки, гидратируются полярними молекулами води і переходять в рідку фазу, заряджаючи її позитивно. Метал, в якому з'явився надлишок електронів, набуває негативний заряд (рис. 86).
Негативний заряд металевої пластинки перешкоджає подальшому переходу іонів металу в розчин і викликає зворотний процес - перехід його катіонів з розчину на метал. У разі рівного розподілу швидкостей цих протилежно спрямованих процесів в системі встановлюється динамічна рівновага, в ході якого платівка і прилеглий до неї водний шар набувають постійний електричний заряд, однаковий за величиною, але протилежний за знаком. Величина цього заряду в даному випадку буде залежати від природи металу і від температури рідини.
Мал. 86. Схема, що пояснює виникнення різниці електричного потенціалу на межі метал - вода
Схематично протікають при цьому процеси можна зобразити таким чином:
Ме - ne «Меn +
Подвійний електричний шар, що виникає на межі поділу між металом і рідиною, має не пласке, а дифузійне будова. Електростатичного притягання катіонів з боку пластинки протидіють сили взаємного відштовхування між іонами Меn + і їх тепловий рух. У міру віддалення від поверхні металу концентрація його катіонів у водному шарі убуває.
Якщо металеву пластинку опустити не в воду, а в розчин солі цього металу, то величина заряду, що виникає на платівці при встановленні рівноваги, буде визначатися ще й концентрацією іонів металу у вихідному розчині.
Це пов'язано з тим, що в іонообмінних процесах в даному випадку зможуть брати участь і катіони доданого електроліту.
Активні метали (магній, цинк, залізо, кобальт і т.д.) і в воді, і в розчині власної солі, як правило, заряджаються негативно. Пластинки малоактивних металів (таких як мідь, ртуть, срібло і т.д.) в розчині власної солі, навпаки, заряджаються позитивно, тому що їх катіони з поверхні кристалічної решітки можуть переходити в розчин в незначних кількостях і тому до настання рівноваги переважає зворотний процес - осадження катіонів з розчину на метал. В результаті платівка набуває позитивний заряд, а розчин, в якому залишилися аніони солі - негативний заряд.
Система, що складається з металевої пластинки, опущеною в розчин власної солі, називається металевим електродом.Різниця потенціалів, яка встановлюється між пластинкою і прилеглим до неї водним шаром, називається електродним потенціалом.
Його величина буде визначатися не тільки міцністю зв'язків в кристалічній решітці металу і температурою системи, а й активністю катіонів металу солі в розчині. Ця залежність виражається рівнянням Нернста:
де Е - електродний потенціал, В; Е0 - Електродний потенціал, тобто потенціал, який виникає на електроді при активності іонів металу солі в розчині, що дорівнює 1 моль / дм3 і температурі 298 K (25оС); R - універсальна газова стала, 8,314 Дж / (моль · K); Т - температура, K; n - величина заряду іона металу; F - постійна Фарадея, рівна 96500 Кл / моль; - Активність іонів металу в розчині.
Для досить розбавлених розчинів солей активність іонів металу можна замінити їх молярної концентрацією.
В цьому випадку для температури 298 K при переході від натурального логарифма до десяткового і підстановці значень констант R і F рівняння Нернста приймає більш простий вигляд:
де - Молярна концентрація іонів металу в розчині.
тиск набухання | Осмотичний тиск розчинів ВМС | Онкотичноготиск крові | В'язкість розчинів полімерів | Вільна і зв'язана вода в розчинах | поліелектроліти | Фактори, що впливають на стійкість розчинів полімерів. висолювання | Розчини електролітів як провідники другого роду. електропровідність розчинів електролітів | Електропровідність є сумарний електричний заряд, що проходить через речовину за одиницю часу, при додатку до нього різниці потенціалів в 1 В. | Еквівалентна електропровідність розчинів |