РАЗДЕЛ 6

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

Электрохимия – область химии, изучающая процессы с возникновением электрического тока или протекающие под его воздействием. В электрохимических процессах происходит превращение химических видов энергии в электрическую (гальванический элемент) и, наоборот, электрической энергии в химическую (электролиз).

6.1. Гальванический элемент

Гальванический элемент – это устройство, в котором в результате окислительно-восстановительной реакции возникает электрический ток. Гальванические элементы называют также химическими источниками электрической энергии, или химическими источниками тока.

Двойной электрический слой возникает на поверхности раздела фаз (металл – раствор) при погружении металлической пластины в раствор соли металла. Причиной этого процесса является способность переходить в воду из кристаллической решетки катионов металла, находящихся на границе с водой. Процесс является обратимым и выражается уравнением

Me + nH2O Men+·nH2O + nē

Электродный потенциал Е– разность потенциалов, возникающая на границе раздела металл (электрод) – электролит. (Е Men+| Me, B).

Непосредственно измерить абсолютное значение электродного потенциала невозможно, но его можно определить сравнением с известным потенциалом другого электрода – электрода сравнения.

69

В качестве электрода сравнения применяют водородный электрод. Потенциал водородного электрода при концентрации в растворе ионов Н+, равной 1 моль/л, давлении газообразного водорода 101325 Па и при температуре 298о К (стандартные условия) принят равным нулю.

Ео 2Н+׀Н2 = 0

Уравнение Нернста устанавливает зависимость электродного потенциала от концентрации ионов металла и температуры (при нестандартных условиях):

где [Ox] и [Red] – равновесные (молярные) концентрации окисленной и восстановленной форм металла соответственно; R – универсальная газовая постоянная (8,314 Дж/моль К); Т – абсолютная температура; F – число Фарадея (≈96500 Кл/моль); n – число электронов, участвующих в окис- лительно-восстановительном процессе.

Частный случай уравнения Нернста (стандартные условия) получается при Т = 298 К и, если подставить численные значения постоянных величин R и F, и учесть, что [Ox] =[Men+], [Red] = [Ме] = const (так как концентрация атомов металла при постоянной температуре – величина постоянная, ее значение включается в величину E0):

0,059

E = E0 + ——–– lg [Men+] (6.2) n

Для водородного электрода уравнение Нернста принимает вид

Е2Н+׀Н2 = Ео 2Н+׀Н2+ 0,059 lg [H+],

ат.к. Ео 2Н+׀Н2=0 B и lg [H+] = – pH, то Е 2Н+׀Н2 = – 0,059 pH

При pH = 7 электродный потенциал водородного электрода равен

Е 2Н+׀Н2= – 0,41 В

Стандартный электродный потенциал E0Men+׀Me – потенциал электрода, измеренный при стандартных условиях.

70