Гальванические элементы

Ч астично металлы растворяются: ионы металлов частично переходят в воду. Орицательные заряды не дают катионам уйти далеко в воду, следовательно, образуется двойной электрический слой.

Любой металл погруженный в воду имеет в себе отрицательный заряд, величина этого заряда определяется свойствами металла.

Металлы в растворе собственной соли.

Количество ионов, которые будут взаимодействовать с раствором соли, будет меньше, т.к. соль уже содержит некоторое количество ионов этого металла.

Т.е. имеет большое значение какой металл и какая концентрация металла в соли, поведение металла.

Например: медь из раствора соли перейдет в электрод, т.е. имеются в виду положительные ионы.

Гальванический элемент – любое устройство, позволяющее получать электрический ток, за счет протекания химических реакций.

Гальваническая цепь – последовательная совокупность скачков потенциала на границе раздела фаз.

Максимальная разность потенциалов, отвечающая обратимому протеканию химической реакции – ЭДС (Е)

Каждые два металла, будучи погруженными в растворы их солей, которые сообщаются между собой посредством сифона, заполненного электролитом, образуют гальванический элемент. Пластинки металлов, погруженные в растворы, называются электродами элемента.

Если соединить наружные концы электродов (полюсы элемента) проволокой, то от металла, у которого величина потенциала меньше, начинают перемещаться электроны к металлу, у которого она больше (например, от Zn к Pb). Уход электронов нарушает равновесие, существующее между металлом и его ионами в растворе, и вызывает переход в раствор нового количества ионов – металл постепенно растворяется. В то же время электроны, переходящие к другому металлу, разряжают у его поверхности находящиеся в растворе ионы - металл выделяется из раствора.

Электрод, на котором протекает окисление, называется анодом. Электрод, на котором протекает восстановление, называется катодом.

В свинцово-цинковом элементе цинковый электрод является анодом, а свинцовый – катодом.

Таким образом, в замкнутом гальваническом элементе происходит взаимодействие между металлом и раствором соли другого металла, не соприкасающимися непосредственно друг с другом. Атомы первого металла, отдавая электроны, превращаются в ионы, а ионы второго металла, присоединяя электроны, превращаются в атомы. Первый металл вытесняет второй из раствора его соли. Например, при работе гальванического элемента, составленного из цинка и свинца, погруженных соответственно в растворы Zn(NO₃)₂ и Pb(NO₃)₂ у электродов происходят следующие процессы:

Zn – 2ē ® Zn²⁺

Pb²⁺ + 2ē ® Pb

Суммируя оба процесса, получаем уравнение Zn + Pb²⁺ ↔ Pb + Zn²⁺, выражающее происходящую в элементе реакцию в ионной форме. Молекулярное уравнение той же реакции будет иметь вид:

Zn + Pb(NO₃)₂ ↔ Pb + Zn(NO₃)₂

Электродвижущая сила гальванического элемента равна разности потенциалов двух его электродов. При определении его всегда вычитают из большего потенциала меньший. Например, электродвижущая сила (Э.д.с.) рассмотренного элемента равна:

Э.д.с. =	-0,13	–	(-0,76)	= 0,63 v
	EPb		EZn

Такую величину она будет иметь при условии, что металлы погружены в растворы, в которых концентрация ионов равна 1 г-ион/л. При других концентрациях растворов величины электродных потенциалов будут несколько иные. Их можно вычислить по формуле:

E = E⁰ + (0,058 / n) • lgC уравнение Нернста

или E = E⁰ + • lgC

где      E - искомый потенциал металла (в вольтах)

E⁰ - его нормальный потенциал

n - валентность металла (зарядность иона)

С - концентрация ионов в растворе (г-ион/л)

F – число Фарадея

R – универсальная газовая постоянная

Т – температура по абсолютной шкале