Стандартний електродний потенціал

Величина електродного потенціалу, що виникає на межі метал – розчин солі, визначається рівнянням Нернста:

де z– валентність метала в даній сполуці (кількість електронів, яку втрачає атом, перетворюючись на іон); C – концентрація іонів металу в даному розчині; R – газова стала; F – число Фарадея; T – абсолютна температура; E⁰ – стала, що входить до складу потенціалу для даного металу та розчину при даній температурі. Це рівняння виражає залежність потенціалу метала від концентрації його іонів у розчині і називається рівнянням електродного потенціалу.

Підставивши в рівняння Нернста числові значення постійних та перейшовши від натурального логарифма до десяткового, для 25 ^ОС одержуємо наступне рівняння:

При С = 1 г-іон/л . Отже, постійна величинаЕ⁰ дорівнює потенціалу метала відносно розчину солі цього металу з концентрацією іонів 1 г-іон/л. Цей потенціал Е⁰ називається нормальним, або стандартним потенціалом за даної температури; він не залежить від інших складових розчину, є величиною постійною і характерною для даного метала.

Водневий електрод

Виміряти стрибок потенціалу на одному окремо взятому електроді неможливо, але можна виміряти значення стрибка потенціалу на межі метал–розчин відносно якого-небудь іншого електроду, абсолютне значення стрибка потенціалу якого прийнято за нуль. За міжнародною угодою за нуль прийнято потенціал так званого нормального водневого електроду: це платиновий електрод, занурений в розчин з концентрацією іонів водню, яка дорівнює 1 г-іон/л, і насичений воднем при тиску 101,3 кПа

Рис.11. Водневий електрод

Для збільшення поверхні дотику металу з воднем платинову пластинку покривають шаром губчастої платини. Таку платиновану пластинку занурюють до половини в розчин сульфатної кислоти, через який пропускають струмінь газоподібного водню. Платинова пластинка відіграє роль адсорбенту (розчинника) водню, а насичена газом платина поводить себе як сплав водень/платина.

Розчинений у платині молекулярний водень частково дисоціює на атоми: Н₂ = 2Н, які переходять в іонний стан: 2Н = 2Н⁺ + 2е^–, і на межі Н₂ | 2Н⁺ виникає стрибок потенціалу, який має певну величину.

Величина потенціалу водневого електроду за даної температури визначається, з одного боку, концентрацією іонів в розчині, а з другого – кількістю адсорбованого платиною газоподібного водню. Величина адсорбції водню пропорційна його тиску. При тиску 101,3 кПа Е_Н2/2Н+ = Е⁰_Н2/2Н+ + 0,059 lg[H⁺].

Ряд стандартних електродних потенціалів металів

Електрод	Е0, B
Li/Li+	–3,045
K/K+	–2,92
Ba/Ba2+	–2,92
Ca/Ca2+	–2,87
Na/Na+	–2,71
Mg/Mg2+	–2,36
Mn/Mn2+	–1,05
Zn/Zn2+	–0,76
Fe/Fe2+	–0,44
Co/Co2+	–0,28
Ni/Ni2+	–0,23
Sn/Sn2+	–0,136
Pb/Pb2+	–0,126
H2/2H+	0,00
Bi/Bi3+	+0,215
Cu/Cu2+	+0,34
2Hg/Hg22+	+0,788
Ag/Ag+	+0,80
Hg/Hg2+	+0,85
Pt/Pt2+	+1,188
Au/Au3+	+1,498
Au/Au+	+1,69

Відносний нормальний потенціал будь-якого металу можна виміряти, створивши гальванічне коло, в якому одним з електродів є цей метал, занурений в розчин з концентрацією однойменних катіонів 1 г-іон/л, а другим електродом є нормальний водневий електрод. При цьому знак нормального електродного потенціалу металу відповідатиме знаку заряду, який набуває метал в гальванічному колі з нормальним водневим електродом. Якщо метал є відновником відносно Гідрогену, то величина електродного потенціалу виражається зі знаком (–), а якщо метал є окисником, то зі знаком (+).

Розміщуючи метали в ряд за величиною їх нормальних електродних потенціалів, ми одержимо так званий ряд стандартних електродних потенціалів металів, який ще називають рядом напруги металів.

Ряд стандартних електродних потенціалів має не тільки велике теоретичне значення, але з його допомогою може бути розв’язано ряд практичних задач, а саме:

1. Метали, розташовані в ряді напруги до Гідрогену, відрізняються хімічною активністю, здатні легко окиснюватися, витісняють водень з кислот, в той час як метали, розташовані за Гідрогеном, стійкі до окиснення, водень з кислот не виділяють і хімічно менш активні.

2. Кожний попередній метал здатний витіснити з розчинів солей всі наступні метали з ряду стандартних електродних потенціалів.

3. При виготовленні гальванічного елементу з будь-яких двох металів можна розрахувати величину е.р.с. утвореного елементу. Для обчислення е.р.с. гальванічного елементу достатньо знати різницю стандартних потенціалів Е⁰ різних електродів.