4. Стандартний водневий електрод. Електродний потенціал. Стандартний (нормальний) електродний потенціал

Рис.5. Будова водневого електрода

Спочатку розглянемо будову стандартного водневого електрода.

Електрод складається із покритої електрохімічнo високодисперсною платиною платинової пластинки ( 5(1)) зануреної в розчин (2) в якому активність катіонів водню 1моль/л (на практиці C_м(H2SO4)=1), і на платинову пластинку пропускають при тиску 1атм. водень. При цьому встановлюється рівновага H₂2H⁺+2 (4).

Електродний потенціал такого електрода залежить від концентрації іонів водню і тиску водню на поверхні електроду та температури.



Електродним потенціалом називають ЕРС гальванічного елемента, одним із напівелементів якого є стандартний (нормальний) водневий електрод (н.в.е.).

Якщо всі стрибки потенціалу, пов’язані з наявністю н.в.е., взяти рівними нулю і якщо елімінувати дифузійний стрибок потенціалу, то можна умовно вважати, що значення електродного потенціалу зводиться до стрибка потенціалу, для металевого електроду, на межі метал-розчин. (Слід підкреслити умовність такого визначення, бо ЕРС з н.в.е. включатиме і контактну різницю потенціалів на межі метал-платина (Pt-Me), але оскільки ця величина незначна нею можна знехтувати.). Елімінувати ж дифузійний стрибок потенціалу (стрибок потенціалу, що виникає із-зі різної швидкості дифузії (рухомості) катіонів і аніонів) можна застосовуючи сольовий місток — розчин в якому рухомості катіонів і аніонів рівні (U_к= U_а). Для цього на практиці застосовують розчин КСl де .

Нормальним (стандартним) електродним потенціалом даного металу називають потенціал електрода виміряний відносно стандартного водневого електрода при активності катіонів цього ж металу в розчині рівній одному молю. Нормальні (стандартні) електродні потенціали можна знайти у відповідних таблицях.

Зрозуміло, що при збільшенні концентрації іонів металу (який є електродом) в електроліті згідно принципу Ле-Шательє кількість катіонів металу які перейдуть на електрод стане більшою (рис.3) - електрод набуде більш позитивного потенціалу. При зменшенні концентрації іонів металу в електроліті навпаки - електрод набуде більш негативного потенціалу. Знаючи стандартний електродний потенціал металу Е₀ - завжди можна розрахувати потенціал за рівнянням Нернста:



де - активність іонів металу в розчині

Для досить розбавлених розчинів активність в рівнянні можна замінити на концентрацію.



Розраховувавши потенціали напівелементів Е₁ та Е₂ легко знайти ЕРС гальванічного елементу як різницю потенціалів: Е_{гальв. елемент.}= Е₂-Е₁.

5.Вимірювання ерс гальванічних елементів Вимоги до вхідного опору вольтметра. Похибки вимірювання.

Гальванічний елемент має певний внутрішній опір R_e. Гальванічний елемент можна зобразити двома послідовно з’єднаними елементами електричної схеми — активним опором R_e і джерелом напруги Е.р.с. (6).

6. Електрична схема, що моделює вимірювання ерс гальванічного елемента.

Як прилад для вимірювання напруги застосовують вольтметр. Кожний вольтметр має якийсь певний внутрішній опір R_вх. Зараз для вимірювання ЕРС застосовують найчастіше електронні вольтметри, в яких вхідний опір складає декілька мОм або декілька ГОм.

Застосовуючи закон Ома для зображеного електричного ланцюгу маємо: Е.р.с.=I(R_e+R_вх)=Е_е+Е_в (25) де Е_е іЕ_в відповідно падіння наруги на гальванічному елементі і на вольтметрі. Вольтметр показує значення Е_в, а не ЕРС. Перетворимо вираз (25) розв’язуючи його відносно I отримаємо:

(27) (28)

ОскількиЕ_е=I R_е, Е_в=I R_вх, велична сили струму на послідовно замкнених приладах однакова; опір гальванічного елемента складає від декількох Ом до сотень Ом, а вхідний опір вольтметра складає декілька мОм або декілька кОм то відповідно можна вважати I R_е0 тоді Е_вЕ.р.с.

Оскільки зараз для вимірювання ЕРС застосовують найчастіше електронні вольтметри, в яких вхідний опір складає декілька мОм або декілька ГОм, а опір гальванічного елемента найчастіше лише декілька Ом або декілька десятків Омів, тому велична похибки незначна і складає менше 1%.