Вопрос 53): Гальванические элементы; процессы на электродах; эдс гальванического элемента:

Любой металл (мб и ничтожно мало) растворяется в воде, что обусловлено возрастанием энтропии при растворении(стремление к разупорядочению). При этом в раствор переходят +ионы Ме. В металле же остаются избыточные своб. электроны, т.е. на границе возникает двойной электрический слой, электр. поле в кот. направлено так, что препятствует дальнейшему растворению металла в воде. В результате нарушения усл. электроотрицательности и возникновения на границе раздела разности потенциалов ионы Ме скапливаются в тонком приповерхностном слое раствора (Метал. электрод заряжен -, а в поверхностном растворе концентрируются + гидратированные катионы Ме) . И эта приповерхностная концентрации (Cs) может сильно отличаться для разных Ме. Если погрузить мет. электрод в раствор его соли то могут реализоваться 2 механизма образования двойного электрического слоя.У Химически активных Ме (Zn,Cd,Co и т.п.) Cs>Ci (Ci концентрация соли) и Ме заряжается отриц. У неактивных Ме (Cu,Ag,Au) Cs<Ci и электрод заряжается полож., а в приэлектродном пространстве накапливаются ОН-.

Устройства, которые применяют для непосредственног преобразования энергии химической реакции в электролитическую энергию, называют гальваническими элементами.

Н а границе металл-раствор происходит окислительно-восстановительная реакция, благодаря которой появляется ЭДС. Появление движущей силы химической реакции обуславливается убылью свободной энергии Гиббса ∆G. С другой стороны убыль энергии Гиббса определяет максимальную работу химической реакции. Для реакции, осуществляемой в условиях гальванического элемента, работа А, производимая системой, равна A=IUt=QU. (Q-количество электричества). Если в системе протекает ток, то часть энергии системы расходуется на выделение джоулевой теплоты и процесс протекает необратимо. Максимальную работу Гальв. Эл-т совершает, если реакция протекает обратимо в равновесных условиях. Это возможно при I=0, кодга ЭДС скомпенсирована равной по величине и противоположной по знаку внешней ЭДС. При этом условии U=E. Amax=QE. -∆G=Amax=nFE.(F-постоянная Фарадея; n-число электронов, принимаемых или отдаваемых вещ-м(заряд иона))

Согласно этим уравнениям, процесс протекает самопроизвольно тогда, когда эдс эл-та положительна. Рассмотрим гальванический элемент, состоящий из медного и цинкового электродов в растворах их солей.

Для определения ЭДС сравнивают стандартные электродные потенциалы цинкового и медного полуэлементов.

Zn2++2e-=Zn0; E0(Zn2+/Zn0)=-0,76В Cu2++2e-=Сu0; E0(Cu2+/Cu0)=+0,34В

Отрицательный знак E0 свидетельствует о том, что переход цинка из окисленной формы в восстановленную самопроизвольно протекать не может. Термодинамически возможен обратный процесс, тогда E0 будет положительна. Таким образом осуществляются следующие реакции: анодный процесс: Zn0=Zn2++2e- (окисление цинка) и катодный: Cu2++2e-=Cu0 (восстановление меди) E системы будет равно E0(Zn0/Zn2+)+ E0(Cu2+/Cu0)=0,34В+0,76В=1,10В. Положительный знак ЭДС определяет направление самопроизвольного протекания реакции(слева направо; цинк восстанавливает медь)