§ 8.3. Рівняння нернста

У нестандартних умовах (та також за стандартної температури 298К) електродний потенціал розраховують за рівнянням Нернста:

Для металевих електродів при стандартній температурі 298К рівняння Нернста має вигляд:

,

де [Oх] – концентрація окисленої форми(окисника),(моль/л);

[Red] – концентрація відновленої форми ( відновника)(моль/л);

R=8.314 Дж/К.моль – (універсальна газова постійна);

Е⁰ – відносний стандартний електродний потенціал (табличні дані); виміряється у вольтах (В);

Т – абсолютна температура (якщо стандартна, тоді Т =298К);

F – число Фарадея, що дорівнює 96500 (Кл/моль);

n – число електронів, що беруть участь у процесі;

С_Меⁿ⁺ – молярна концентрація катіонів металу (моль/л).

Е=Е⁰+0.059/n^.lgC_Meⁿ⁺, якщо C_Мe ⁿ⁺=1 моль/л, тоді Е = Е⁰.

Задача. Обчислити електродний потенціал золотої пластини, зануреної в розчин солі з концентрацією [Au³⁺], рівною 0.1 моль/л.

Розв’язок.

Оскільки умови, наведені в задачі, відрізняються від стандартних, тобто С_Au³⁺1 моль/л, а складає 0,1 моль/л, отже, для розрахунку електродного потенціалу необхідно використовувати рівняння Нернста:

Е_Au³⁺_/Au=1.5+(0.059/3)^.lg10^-1=1.48 (В).

Поняття «стандартний електродний потенціал» уведене для того, щоб можна було порівняти окислювально-відновні властивості різних систем. У відповідності зі значеннями стандартного електродного потенціалу був складений електрохімічний ряд напруг металів.

K Ca Mg Al Zn Fe Pb H⁺ Cu Ag Au

-3.0 -2.9 -2.4 -1.7 -0.76 -0.44 -0.13 0 +0.34 +0.8 +1.5

1. Усі метали, що знаходяться ліворуч водню , мають негативні значення стандартних електродних потенціалів, праворуч –позитивні. Угоду про знаки потенціалів було прийнято в 1953 р. на конгресі Міжнародного союзу теоретичної і прикладної хімії (ІЮПАК) . Умовилися приписувати потенціалу той знак , що має електрод у парі зі стандартним водневим електродом .

2. Негативні значення свідчать, що дані метали є відновниками стосовно водню, тобто витісняють (відновлюють його) з розчинів мінеральних кислот з концентрацією катіонів водню С_Н⁺=1 моль/л, аніони яких не виявляють окисних властивостей (HCl,HSO( розв )):

Zn+2HCl→ZnCl+H↑;E⁰ _Zn⁺² _/Zn= -0.763 B.

3. Чим більш негативне значення електродного потенціалу, тим вище здатність металу віддавати свої йони в розчин, тобто тим сильніше виражена відновна здатність його відновленої форми (здатність віддавати електрони) і нижче окисна здатність його окисленої форми (здатність приймати електрони).

4. Позитивне значення потенціалу означає, що дані йони металів є окисниками стосовно водню, тобто не витискують його з розчинів, у яких концентрація катіонів водню С_Н⁺=1моль/л. Навпаки, водень витискує метали з розчинів їх солей.

5. Серед металів з позитивним значенням стандартного електродного

потенціалу кожен попередній метал витискує всі наступні з розчинів їх солей. Наприклад: Cu+HgCl₂→CuCl₂+Hg.

Питання для самоконтролю

1.Які реакції відносяться до окислювально-відновних (ОВР)? Як їх класифікують?

2.Як можна визначити напрямок перебігу ОВР?

3. Електродний потенціал:

3.1.Що таке подвійний електричний шар; рівноважний електродний потенціал?

3.2.Як визначають стандартний електродний потенціал?

3.3.Які величини поєднує рівняння Нернста?

3.4.Як порівняти активність металів за рядом напруг металів?

Р о з д і л 9

ХІМІЧНІ ДЖЕРЕЛА СТРУМУ