- •Тверской государственный технический университет
- •Электродвижущие силы. Теоретическая часть.
- •Скачок потенциала на границе металл/раствор.
- •Гальванический элемент
- •Токообразующая реакция. Уравнение нернста.
- •Вычисление термодинамических параметров токообразующей реакции.
- •Электродные потенциалы.
- •Классификация обратимых электродов.
- •Измерение электродвижущих сил.
- •Ионометрия.
- •Потенциометрическое титрование.
- •Лабораторная работа № 25. Измерение температурного коэффициента э.Д.С. Гальванического элемента и расчет термодинамических величин.
- •Теоретическое обоснование.
- •Порядок выполнения работы.
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО РОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
Тверской государственный технический университет
Кафедра биотехнологии и химии
Методические указания к практикуму по физической химии
Лабораторная работа № 25
«Измерение температурного коэффициента э.д.с. гальванического элемента и расчет его термодинамических величин».
Тверь
2006
Электродвижущие силы. Теоретическая часть.
ВОЗНИКНОВЕНИЕ СКАЧКА ПОТЕНЦИАЛА НА ГРАНИЦЕ ФАЗ.
При контакте любых двух фаз на границе их раздела возникает двойной электрический слой, состоящий из равных по величине, но противоположных по знаку электрических зарядов. Это происходит потому, что заряженные частицы (электроны, ионы) в разных фазах находятся в различных условиях и, следовательно, химические потенциалы их неодинаковы. Согласно второму закону термодинамики, частицы самопроизвольно переходят из фазы, где их химический потенциал больше, в фазу, где химический потенциал меньше, пока свободная энергия системы (G) не станет минимальной. Каждая фаза, следовательно, приобретает заряд, и на границе раздела фаз возникает разность электрических потенциалов (скачок потенциала).
Скачки потенциала возникают на границе металл I/металл II (контактный потенциал), на границах металл/раствор и на границе двух растворов (диффузионный потенциал).
Механизм образования двойного электрического слоя различен и зависит от природы граничащих фаз.
Диффузионная разность потенциалов (или просто диффузионный потенциал — Ед) возникает на границе соприкасающихся растворов электролитов благодаря тому, что Диффузия катионов и анионов из одного раствора в другой протекает с различной скоростью, что и приводит к образованию двойного электрического слоя в тонком слое в области контакта растворов. Для уменьшения диффузионного потенциала растворы электролитов в электрохимических системах соединяют с помощью солевого мостика, наполненного насыщенным раствором такого электролита, у которого подвижности и скорости диффузии катиона и аниона близки. Обычно используют водные растворы КС1, NH4Cl, KNO3, NH4NO3 и неводные растворы KCNS в С2Н5ОН или NaI в СНзОН.
Скачок потенциала на границе металл/раствор.
При погружении металла в водный раствор его соли (такая система называется электродом I рода) часть катионов кристаллической решетки сольватируется полярными молекулами воды и переходит в раствор, заряжая его положительно. Металл, в котором появился избыток электронов, заряжается отрицательно. Отрицательный заряд металла препятствует дальнейшему переходу катионов в раствор, и в системе устанавливается равновесие, которому соответствует определенное значение равновесного скачка потенциала между металлом и раствором, величина которого зависит от природы металла, концентрации ионов металла в растворе и температуры.
Некоторые металлы (например, золото, платина) обладают столь прочной кристаллической решеткой, что катионы не могут освободиться. Если такой металл погрузить в электролит, содержащий ионы, в состав которых входят элементы в различных степенях окисления (такие системы называют окислительно-восстановительными, или редокс-электродами), то будет происходить обмен электронами между инертным электродом и ионами, что также приведет к образованию двойного электрического слоя и возникновению равновесного скачка потенциала.
Двойной электрический слой и соответствующая разность потенциалов возникают также при ионообменных процессах на границах: стекло/раствор, ионообменная смола/раствор и др.