4.Электродный потенциал.

Каждая ОВР слагается из полуреакций окисления и восстановления. Когда реакция протекает в гальваническом элементе или осуществляется путем электролиза, то каждая полуреакция протекает на соответствующем электроде; поэтому полуреакции также называют электродными процессами.

Протекающей в гальваническом элементе ОВР соответствует э.д.с. этого элемента E, связанная с изменением энергии Гиббса ∆G реакции уравнением:

∆G= -zFE

В соответствии с разделением ОВР на две полуреакции, электродвижущие силы также принято представлять в виде разности двух величин, каждая из которых отвечает данной полуреакции. Эти величины называются электродными потенциалами.

5.Водородный электрод. (см. Записи в тетр. За 2.12)

Стандартные потенциалы всех электродов принято определять относительно стандартного (нормального) водородного электрода. Его потенциал, устанавливающийся при нормальных условиях, принят равным нулю. На рис. 15 (Смотри И.Е.Макашева 1 часть стр.120) представлен водородный электрод, на котором протекает обратимый процесс 2H⁺ + 2 e^- ↔H₂⁰

Выражение потенциала водородного электрода:

Ѳ _H⁺/_H⁰ = - 0,059 pH , учитывая, что Ѳ⁰ _H⁺/_H⁰ = 0 и -lg (H⁺)= pH

6.Стандартный электродный потенциал.

При погружении Me в воду ионы его поверхностного слоя под действием полярных молекул воды отрываются и гидратированными переходят в жидкость.В результате слой жидкости вблизи металла заряжается положительно, а металл – отрицательно, поскольку в нем создается относительный избыток электронов. По мере перехода ионов металла в раствор в нем нарастает положительный заряд. Положительные ионы металла притягиваются отрицательно заряженным металлом, и устанавливается подвижное равновесие

Me + mH₂O ↔ Meⁿ⁺ mH₂O + ne^-

Состояние равновесия зависит как от активности металла, так и от концентрации его ионов в растворе.

Равновесие зависит от темпиратуры, заряда иона металла, кислотности среды.

Электростатическое напряжение между катионами в растворе и избыточными электронами на поверхности (или наоборот) образует двойной электрический слой. Это приводит к возникновению на границе соприкосновения металла и жидкости определенной разности потенциалов, или скачка потенциала.

Такая разность потенциалов называется электродным потенциалом Ѳ (фита)

Если металл находится в растворе его соли, содержащей один грамм/моль металла в одном литре раствора ( точнее, активность a_Me = 1 моль/л), то электродный потенциал будет постоянной величиной при P = 1,03 * 10⁵ Па (1 атмосфера) и температуре T = 298 К. Такой потенциал называется нормальным ( или стандартным) электродным потенциалом Ѳ⁰.

Билет №27

1.Гальванические элементы(ГЭ)

Устройства в которых происходит преобразование энергии химической реакции в электрическую, называются гальваническими элементами. Действие любого ГЭ основано на окислительно – восстановительной реакции и обменной ионной реакции. В простейшем случае г.э. состоит из двух соединенных пластин или стержней различных металлов, погруженных в растворы электролитов. Система г.э. делает возможным пространственное разделение ОВР: окисление протекает на одном металле, восстановление на другом. Электроны передаются от восстановителя к окислителю по внешней цепи.

2.Электроды

В электрохимии — часть электрохимической системы, включающая в себя проводник (металлический или полупроводниковый) и окружающий его раствор (например, Водородный электрод, Хлорсеребряный электрод, Электрод сравнения, Стеклянный электрод)

3.Анодный и катодный процесс

Электрод, на котором протекает окисление называют анодом, а электрод на котором протекает восстановление катодом.Знак электродного потенциала определяется направлением тока при замыкании цепи. Если электроны текут по металлическому проводнику от изучаемого электрода к водородному, то его потенциал отрицательнее, чем у стандартного водородного электрода. В г.э. на отрицательном электроде идет процесс окисления, и с него электроны поступают во внешнюю цепь. Если, наоборот, электроны поступают от стандартного водородного электрона к изучаемому, то это значит, что потенциал последнего положительнее, чем у стандартного водородного электрона. В г.э. на положительном электроде идет процесс восстановления.

4.Уравнение Нернста для электродного потенциала и гальванического элемента

Потенциалы электродов описываются уравнениями:

а э.д.с. концентрационного гальванического элемента выражением

5.Электродвижущая сила (E) гальванического элемента (ЭДС) равна разности потенциалов положительного электрода и отрицательного электрода при отсутствии тока в цепи.

E=Ѳ_катода-Ѳ_анода

6.Разность потенциалов

Энергия переноса электронов определяется разностью потенциалов E=Ѳ₂-Ѳ₁, свободная энергия реакции равна электрической энергии ∆G=Efn,

Где E-ЭДС г.э.; F-число Фарадея; n-число переносимых электронов

7.Устройство и электрохимическое изображение гальванических элементов

Рассмотрим устройство и принцип работы гальванического элемента Даниэля-Якоби. Он состоит из корпуса 1 (рис. 22), разделенного на две части пористой перегородкой 2. В каждую из частей помещаются электроды: медный 3 и цинковый 4. Медный электрод погружается в раствор сульфата меди, цинковый – в раствор сульфата цинка. Пористая перегородка предотвращает смешивание соприкасающихся растворов и пространственно разделяет окислительно-восстановительную реакцию, протекающую при замкнутой внешней цепи: окисление цинка и восстановление меди.

На поверхности цинка атомы, соприкасаясь с раствором, превращаются в ионы, гидратируются и переходят в раствор. В результате возникает двойной электрический слой, устанавливается равновесие и возникает электродный потенциал цинка.

.

На медном электроде протекает аналогичный процесс, приводящий к возникновению электродного потенциала медного электрода.

Потенциал цинкового электрода отрицательный по сравнению с медным электродом, поэтому при замыкании внешней цепи электроны будут переходить от цинка к меди. В результате этого равновесие на цинковом электроде сместится вправо и в раствор перейдет дополнительное число ионов цинка. На медном электроде равновесие сместится влево и произойдет разряд ионов меди. Эти процессы будут продолжаться до тех пор, пока не растворится весь цинк или не высадится на медном электроде вся медь.

Итак, при работе элемента Даниэля-Якоби протекают процессы:

Окисление цинка

Этот процесс окисления называют анодным, а электрод – анодом.

Восстановление ионов меди

Процессы восстановления называют в электрохимии катодными, а электроды, на которых идут процессы восстановления – катодами.

Движение электронов во внешней цепи.

Движение ионов в растворе: анионов к аноду, катионов к катоду. Движение ионов в растворе замыкает электрическую цепь гальванического элемента.

Суммируя электродные реакции, получим:

Это, так называемая, токообразующая реакция.

При схематическом отображении гальванического элемента границу раздела между проводником первого рода (металлом) и проводником второго рода (электролит) обозначают одной вертикальной чертой, а границу раздела между проводниками второго рода – двумя чертами:

Или

P.S смотри уч. И.Е. Макашева 1 часть стр.121

Билет №28