Химические источники тока

Каждый гальванический элемент состоит из двух электродов (окислительно-восстановительных пар), один из которых является поставщиком электронов (анод), а другой их принимает (катод). В гальванических элементах источником электрического тока является химическая реакция. Любая химическая реакция термодинамически разрешена, если ΔG < 0. Из соотношений ΔG = –nFE и ΔG^° = –nFE^° следует, что электрохимическая реакция, а в общем случае любая окислительно-восстановительная реакция может протекать самопроизвольно, если E > 0 или для стандартных условий E^° > 0

ЭДС гальванического элемента равна разности электродных потенциалов составляющих его электродов. В соответствии с принятой формой записи гальванического элемента его ЭДС равна электродному потенциалу правого электрода (окислителя) минус электродный потенциал левого электрода (восстановителя). 

Пользуясь этими соотношениями и таблицей стандартных электродных потенциалов, можно предсказать возможность осуществления многих окислительно-восстановительных реакций.

В случае элемента Даниэля–Якоби (–)Zn¦Zn²⁺||Cu²⁺¦Cu(+) 

Для нестандартных условий ЭДС элемента Даниеля–Якоби находится из разности электродных потенциалов, вычисленных по уравнению Нернста: 

Для реакции 

осуществляемой в элементе 

Экзаменационный билет № 29

1. Строение частиц лиофобных и лиофильных коллоидных систем.

2. Кинетика электродных процессов. Поляризация, ее виды.

Ответ:

Лиофильные и лиофобные коллоиды, коллоидные системы, различающиеся по интенсивности молекулярного взаимодействия веществ дисперсной фазы и жидкой дисперсионной среды. В лиофильных коллоидах частицы дисперсной фазы интенсивно взаимодействуют с молекулами окружающей их жидкости. Поверхность частиц сильно сольватирована и удельная свободная поверхностная энергия на границе раздела фаз чрезвычайно мала. При комнатной температуре условие возникновения лиофильных коллоидов реализуется, если межфазное (поверхностное) натяжение не превосходит нескольких сотых долей мн·м^-1 (дин·см^-1). Лиофильные коллоиды образуются в результате самопроизвольногодиспергирования крупных кусков твёрдого тела или капель жидкости на мельчайшие коллоидные частицы, или мицеллы. Лиофильные коллоиды термодинамически устойчивы и поэтому не разрушаются во времени при сохранении условий их возникновения. К лиофильным коллоидам относятся т. н. критические эмульсии, т. е. эмульсии, возникающие вблизи критической температуры смешения двух жидкостей; коллоидные дисперсии мицеллообразующих поверхностно-активных веществ (мыл, некоторых органических пигментов и красителей), водные дисперсии бентонитовых глин.

 В лиофобных коллоидах частицы дисперсной фазы слабо взаимодействуют с окружающей средой. Межфазное натяжение в таких системах довольно велико [не ниже нескольких десятых долеймн·м^-1 (дин·см^-1) при комнатной температуре]. Вследствие избытка свободной поверхностной энергии они термодинамически неустойчивы, т. е. всегда сохраняют тенденцию к распаду. При распаде лиофобного коллоида происходит укрупнение коллоидных частиц, которое сопровождается уменьшением свободной энергии системы. Агрегативная устойчивость (способность противостоять укрупнению частиц) любого лиофобного коллоида носит временной характер; она обусловлена наличием стабилизатора — вещества, адсорбирующегося на поверхности частиц (капель) и препятствующего их слипанию (слиянию). Типично лиофобные коллоиды — гидро- и органозоли металлов, окисей, сульфидов предельно высокодисперсные эмульсии (кроме критических), латексы.

Схема расположения молекул поверхностно-активного вещества на поверхности раздела водный раствор-воздух.

Гидрофильная Гидрофобная

часть (полярная) часть (неполярная)

а – концентрация молекул очень мала б – концентрация молекул увеличена, и они взаимодействуют друг с другом неполярными частями в – молекулы образовали плотный мономолекулярный слой

Поляризация электрохимическая - отклонение потенциала электрода от равновесного значения.