Числа переноса

Числом переноса ионов называется доля количества электричества, переносимая данным видом ионов, по отношению к общему количеству электричества, прошедшему через раствор:

; (5.32)

, (5.33)

где t₊ и t_– – число переноса катиона и аниона.

. (5.34)

К методам определения чисел переноса относят метод Гитторфа, основанный на определении изменения концентрации электролита в результате электролиза в катодном или анодном пространстве, а также метод движущейся границы, основанный на измерении изменения положения перемещающейся границы.

Вопросы для самоконтроля

1. Чем отличаются удельная и молярная электрические проводимости? Их зависимости от концентрации электролита.

2. В чем заключается практическое использование метода кондуктометрии?

3. Приведите примеры по применению электролиза.

Электродвижущие силы электрохимических элементов Основные понятия и определения

Электрохимические элементы – это устройства для получения электрического тока за счет самопроизвольного протекания электрохимических реакций на электродах.

Электрод в электрохимическом элементе есть двух- или трехфазная система, состоящая из окисленной и восстановленной форм одного и того же вещества, находящихся в равновесии. Следовательно, электрод – электрохимическая система, состоящая из веществ, обладающих различными видами проводимости и находящихся в контакте друг с другом.

При переходе заряженных частиц (ионы, электроны) через границу раздела двух фаз, например, раствор электролита – металл, возникает электрохимическая реакция. В результате этого металл и раствор приобретают электрический заряд, и на границе их раздела создаётся двойной электрический слой, которому соответствует скачок потенциала.

Электродные процессы представляют собой окислительно-восстановительные реакции. На отрицательном электроде идет процесс окисления: , на положительном электроде – процесс восстановления: .

Различают обратимые и необратимые электроды. При перемене направления электрического тока на обратимых электродах возникают реакции, противоположные по направлению, на необратимых – протекают другие реакции.

Примером обратимого электрода служит электрод, состоящий из металлической меди, погруженный в раствор, содержащий ионы Cu²⁺. При прохождении тока в противоположных направлениях идут реакции:

К необратимым электродам относится, электрод, состоящий из металлической меди в растворе кислоты. Перемена направления тока приводит к реакциям:

Из обратимых электродов могут быть составлены обратимые электрохимические элементы (гальванические элементы).

Правила записи электрохимических элементов

При схематической записи электрохимических систем, а также уравнений протекающих в них реакций, необходимо соблюдать следующие основные правила:

• для электродов (полуэлементов): вещества, находящихся в растворе, указываются слева от вертикальной черты, справа указываются вещества, образующие другую фазу, или электродный материал. Если одна фаза содержит несколько веществ, то их символы разделяются запятыми;

• для электрохимических цепей: слева располагается электрод, имеющий более отрицательный потенциал. По краям цепей записываются металлы. Растворы обоих электродов отделяются вертикальной пунктирной линией, если они контактируют друг с другом, например:

(–)Pt, H₂ HCl ¦ CuCl₂ Cu (+)

• если между растворами находится солевой мостик, то растворы обоих электродов отделяются двумя сплошными линиями, например:

(–)Pt, H₂ HCl CuCl₂  Cu (+)

Электрической характеристикой каждого электрода является потенциал, а электрохимической цепи – электродвижущая сила (ЭДС), равная алгебраической сумме всех скачков потенциалов, возникающих на границах раздела фаз.

Таким образом, в гальваническом (электрохимическом) элементе окислительный и восстановительный процессы происходят на разных электродах. Это позволяет превращать химическую энергию окислительно-восстановительной реакции в электрический ток, который можно использовать для полезной работы. При обратимом изотермическом проведении реакции работа будет максимальной. В этом случае наибольшая часть энергии перейдет в электрическую. Измеренная при этом разность потенциалов между электродами также называется электродвижущей силой гальванического элемента.