10. Электрохимия
Проводники первого рода: электронная проводимость (металлы, полупроводники);
Проводники второго рода: ионная или электролитическая проводимость (растворы и расплавы электролитов).
Электрод: система, состоящая из проводника первого рода, контактирующего с проводником второго рода.
Ионно-металлический электрод: металл в растворе электролита. Например, металл в растворе своей соли.
Обозначение электрода: Меn+ | Ме, где вертикальная черта символизирует границу раздела фаз (твердый металл в жидком электролите).
Электродный потенциал – разность потенциалов, возникающая в двойном электрическом слое на границе металл | электролит.
В таблице стандартных электродных потенциалов восстановительная активность металлов в водных растворах уменьшается от начала таблицы к ее концу (чем меньше алгебраическое значение потенциала, тем более сильным восстановителем является восстановленная форма вещества; чем больше алгебраическое значение потенциала, тем более сильным окислителем является окисленная форма вещества).
Электрохимический ряд напряжений метaллов
Восстановительная активность металлов
Li K Ba Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Cd Со Ni Sn Pb H Cu Hg Ag Au Pt
Окислительная активность катионов металлов |
Формула Нернста:
или
,
где
- равновесный
электродный потенциал, В;
–
стандартный электродный потенциал
(потенциал для данного электрода при Т
= 298 К и [Ме n+]
= 1 моль/л), В; R
– универсальная газовая постоянная; F
– постоянная Фарадея; символ в квадратных
скобках означает молярную концентрацию
вещества; n
– число электронов.
Гальванический элемент
Гальванический элемент состоит из двух электродов, электролиты которых сообщаются.
АНОД: меньшая (более отрицательная или менее положительная) величина Е0 реакция окисления;
КАТОД: большая (менее отрицательная или более положительная) величина Е0 реакция восстановления.
Например, для медно-серебряного гальванического элемента, состоящего из меди в растворе CuSO4 и серебра в растворе AgNO3:
E0Cu2+/Cu = +0,34B АНОД,
E0Ag+/Ag = +0,80 В КАТОД.
Анодный процесс: окисление металла анода
Me1 – nе– = Ме1n+, Сu0 – 2е– = Сu2+.
Катодный процесс: восстановление катиона металла из соли
Ме2m+ + mе– = Ме2, Ag+ + е– = Ag0.
Суммарное уравнение реакции при работе элемента в общем виде
mMe1 + nМе2m+ = m Ме1n+ + nМе2,
Сu + 2Ag+ = Сu2+ + 2Ag
или в молекулярной форме:
Сu + 2AgNO3 = Cu(NO3)2 + 2Ag.
Электрохимическая схема гальванического элемента, состоящего из двух ионно-металлических электродов:
Me1 | Электролит1 || Электролит2 | Ме2 анод катод |
В схеме «|» обозначает границу между металлом и электролитом, а «||» – электролитический контакт. В схеме гальванического элемента слева записывают анод, справа – катод.
Для рассматриваемого примера: (–)Cu | CuSO4 || AgNO3 | Ag (+).
Напряжение на гальваническом элементе, соответствующее бесконечно малому току во внешней цепи, называется электродвижущей силой (ЭДС) гальванического элемента. Ее расчет:
Для рассматриваемого примера:
