46. Возникновение скачка потенциала на границе раздела "металл-раствор".

Если пластину любого металла погрузить в воду или раствор электролита, содержащий ионы этого металла, то небольшая часть металла перейдет в раствор, в форме положительно заряженных ионов, а сама пластина, концентрируя на себе избыток свободных электронов, приобретает отрицательный заряд. Такому переходу содействует связывание ионов металла с молекулами воды (растворителя).В итоге устанавливается равновесие

Me ↔ Me²⁺ + 2e

Me²⁺ + m H₂O ↔ Me²⁺ · m H₂O

Me + m H₂O ↔ Me²⁺ · m H₂O +2e

Положительно заряженные ионы Me⁺², перешедшие в раствор, концентрируются у поверхности пластины, приобретающей отрицательный заряд, в результате возникает двойной электрический слой (ДЭС), обусловливающий резкий скачок электрического потенциала на границе металл - раствор электролита.

Эту разность электрических потенциалов или скачок потенциала на границе металл-раствор электролита называют электродным потенциалом.

Величина электродного потенциала зависит от природы металла, концентрации, точнее активности ионов металла в растворе и температуры.

Математически эта зависимость выражается уравнением В.Г.Нернста (1888).

E_Me = E⁰_Me + (R ∙T/n · F) / ln а_Meⁿ⁺,

а в случае разбавленных растворов полностью диссоциирующих солей данного металла

Е_Me = E⁰_Me + (R∙T/n · F) / ln [Meⁿ⁺ ],

где E⁰_Me- стандартный электродный потенциал, R- универсальная газовая постоянная, F- постоянная Фарадея, n - заряд иона металла, а_Me,ⁿ⁺ _, [ _Meⁿ⁺] – активность или концентрация ионов металла (моль\л)

После перехода от натурального логарифма к десятичному и подстановки значений

R=8,314Дж\моль· К

T=298,15 К

F=96500 Кл, точнее 96487 Кл уравнение примет вид E_Me = E⁰_Me + 0,0592/n ·lg [Meⁿ⁺]

47. Равновесный электродный потенциал.

Потенциал, отвечающий состоянию равновесия, когда скорость перехода ионов в раствор равна скорости их осаждения – равновесный потенциал. Для всех металлов, погружаемых в чистую воду, качественно наблюдается одинаковая картина: металл заряжается отрицательно, прилегающий слой жидкости – положительно. Данный скачок можно

охарактеризовать реакцией: Рассмотрим погружение в раствор активного и неактивного металла.

1. Активный металл посылает большое число ионов в раствор, равновесная концентрация его ионов трудно достижима => металл будет заряжаться отрицательно.

2. Равновесная концентрация очень мала => электроду сообщается положительный заряд, а оставшиеся анионы создают отрицательный заряд у прилегающего слоя.

48. Медно-цинковый гальванический элемент Якоби-Даниеля. Процессы на электродах. Понятие об эдс.

Гальванической элемент  илюбое устройство, дающее возможность получать электрический ток за счёт проведения той или иной химической реакции.

Рассмотрим систему, в которой медь и цинк в воде пластинок помещены в растворы своих солей, разделённых пористой керамической перегородкой  диафрагмой. При разомкнутой внешней цепи на обоих электродах устанавливаются равновесные потенциалы, различающиеся по величине и по знаку. При замыкании внешней цепи на некоторое сопротивление электроны от цинкового электрода получают возможность перемещаться по внешнему проводнику к медному электроду.

Равновесие на цинковом электроде нарушается, и для пополнения убыли электронов получает развитие процесс: , при этом в раствор переходит ионы .

Электроны, проходящие к медному электроду, восстанавливают ионы по реакции: Равновесие нарушается и на медном электроде, поэтому из раствора к медному электроду поступают все новые порции .

Таким образом, в системе получают развитие два территориально разобщённых процесса:

на отрицательном электроде - (окисление);

на положительном электроде - (восстановление).

Суммарная реакция , а в молекулярной форме:

Гальванический элемент, основанный на такой реакции, был предложен русским учёным Б.С.Якоби. Создателем этого элемента является также и английский учёный Даниэль.

Причина возникновения электрического тока - разность потенциалов, возникающих на пластинках.

Гальваническая цепь  последовательная совокупность всех скачков потенциала на различных поверхностях раздела, отвечающих данному гальваническому элементу.

Гальваническая цепь медно-цинкового элемента записывается следующим образом:

Граница "электрод-электролит" обозначается одной вертикальной чертой, двумя обозначается граница двух электролитов, на которой устранён диффузионный потенциал. Электроны перемещаются по внешнему проводнику слева направо, и в том же направлении переносится ионами положительное электричество внутри элемента. При такой записи гальванической цепи ЭДС элемента всегда считается положительной, поскольку эта запись отвечает направлению самопроизвольного протекания реакции, сопровождающегося уменьшением изобарно-изотермического потенциала.

- скачки потенциалов на границах "электрод-электролит", - на границе двух электролитов, - на границе двух металлов. Величиной можно пренебречь.