Электрохимические процессы
Электрохимические процессы – процессы взаимного превращения химической и электрохимической форм энергии.
Различают два типа электрохимических процессов:
самопроизвольно протекающие процессы превращения химической энергии окислительно-восстановительной реакции в электрическую, осуществляемые в специальных устройствах – гальванических элементах;
процессы превращения электрической энергии в химическую, которые требуют затраты энергии извне и не могут протекать самопроизвольно, осуществляются в электролизерах
Электрохимические процессы протекают на электродах
Электрод – электропроводящая фаза
– проводник первого рода –металл или полупроводник, обладающие электронным типом проводимости
–проводник второго рода – раствор или расплав электролита, обладающий ионным типом проводимости
Возникновение двойного электрического слоя на границе металл – электролит
При погружении металла в электролит (воду или водный раствор его соли) в результате межмолекулярного взаимодействия (ион‒дипольного или ион‒ионного) на поверхности металла устанавливается равновесие:
На границе раздела фаз: металл ‒ электролит образуются два противоположно заряженных слоя: один на самом металле, другой в электролите в непосредственной близости от поверхности металла. Их общее название – двойной электрический слой (ДЭС). В результате между металлом и раствором возникает разность потенциалов (или скачок потенциала) φ
Двойной электрический слой на границе раздела металл - раствор
При
в пределах ДЭС на границе металл –
электролит, устанавливается
равновесие,
характеризующееся
равновесным
электродным
потенциалом
φ.
Стандартный водородный электрод
Устройство водородного электрода
,
101,3
кПа
298
K
Стандартный электродный потенциал – потенциал электрода, погруженного в раствор, содержащий одноименный ион с относительной активностью, равной единице, и измеренный относительно стандартного водородного электрода
Для расплавов солей в качестве стандартного потенциала принимается потенциал натриевого электрода, погруженного в расплав соли натрия
Гальванический элемент. Электродвижущая сила элемента
Схема
элемента
Даниэля
-
Якоби
Элемент Даниэля - Якоби
Медно-цинковый гальванический элемент (элементДаниэля ‒ Якоби)
процесс окисления – на аноде:
Aнод
(–)
(Zn):
процесс восстановления– на катоде:
Катод
(+) (Cu):
Токообразующая реакция, в результате которой возникает электрический ток:
ТОР:
В общем виде:
,
где индексы Red и Ox относятся к восстановленной (Red) и окисленной (Ox) формам веществ А и В
Схема элемента Даниэля − Якоби с мембраной записывается в виде:
Анод (–)
(+) Катод;
с солевым
мостиком (KCl,
):
Анод
(–)
(+)
Катод
Схематически
электроды записываются так:
Концентрационный гальванический элемент:
(–)
(+)
Aнод
(Cu
) (–):
Катод (Cu) (+):
Окислительно-восстановительный электрод, или редокс-электрод–инертный проводник первого рода (платина или графит), погруженный в электролит, содержащий ионы какого-либо соединения в окисленной и восстановленной формах.