Термодинамика гальванического элемента

В гальваническом элементе протекает ОВР и совершается работа, равная убыли свободной энергии химической реакции. - изобарно – изотермический потенциал или функция Гиббса.

,,- активные концентрации электролитов;

(1)- уравнение изотермы химической реакции.

n- Число электронов участвующих в ОВ реакциях

Е- напряжение между двумя электродами внешней цепи в вольтах

F- Число Фарадея.

Т.к.

Фундаментальное уравнение электрохимии- уравнение Нернста, по которомурассчитывают потенциалы напряжения электродов.

Отсюда видно, что потенциал напряжения электродов зависит от активной концентрации ионов электролита.

Если величину lnКробозначить через Е0– стандартный потенциал электрода, вычисленный при а=с.

Уравнение Нернста для определения потенциала при любых условиях

,если подставить постоянные величины: F=96500 кл, Т=298К, перейдем от натурального логарифма к десятичному и получим

Заменим

Разность потенциалов для двух электродов называется ЭДС гальванического элемента.

ЭДС, как и значения потенциалов не зависит от размеров электродов, их конструкции и количества электролита, а зависит от природы вещества участвующего в ОВ реакциях, от концентрации электролита.

ЭДС = constдля равновесных систем.

Классификация электродов

Электроды Iрода

металлические газовые неметаллические

обратимые обратимые

относительно катиона относительно аниона

Металлические:

Металл, опущенный в раствор своей соли.

Газовые:

Водородный - обратный относительно катиона

Кислородный - обратный относительно аниона

Потенциал водородного электрода зависит только от концентрации ионов водорода.

Если учитывать, что , то получим

Зная РН можно определить потенциал водородного электрода.

Задача: Определить потенциал водородного электрода, опущенного в чистую воду.

т.е. потенциал его не равен 0, а меньше 0.

Водородный электрод можно использовать как электрод сравнения, но для гальванического элемента он не удобен, т.к. должен быть =1 атм.

В последнее время разрабатывают генераторы электрохимические, в которых используется водородный электрод, но более сложной конструкции с

5.2. Электрохимические источники тока.

Это устройства, позволяющие осуществлять непосредственное превращение химической энергии в электрическую.

Химические источники тока делятся на 3 группы:

1. Первичные источники тока

2. Вторичные источники тока (аккумуляторы)

3. Электрохимические генераторы.

I. элемент Лекланше (сухой марганцово-цинковый элемент).

Zn│NH4CL│MnO2+C│CЭДС = 1,5 – 1,8 В

В р-р NH4CLдобавляют муку или крахмал, и некоторые соли (ZnиCl2, СаCl2). Угольный стержень окружёнMnO2+C│Zn– 2е →Zn⁺²

токообразная реакция │ Mn+1→Mn

Применяется для питания радиоаппаратуры магнитофонов, карманных фонарей.

Широко известны воздушно-цинковые элементы (элемент «крона ВЦ»)

Zn│NaOH│O2(C)

С ЭДС = 1,4 В

Zn + NaOH +O2 = NaH Zn O2

Первичные источники тока становятся непригодными после израсходования веществ, из которых они были выполнены.