Електродні потенціали

Тема 10. Електрохімічні процеси

Електрохiмiя - це галузь хiмiї, яка охоплює хiмiчнi про­цеси, що супроводжуються виникненням електричного струму або якi спричиненi дiєю електричного струму.

Розглянемо процеси, якi вiдбуваються при зануреннi металу - провiдника першого роду - в розчин електролiта. Такий про­вiдник 1-го роду, занурений в розчин електролiта в умовах про­ходження через нього струму, називають електродом. На межi еле­ктрод - розчин електролiта виникає стрибок електричного потен­цiалу, який називають електродним потенцiалом. Це пояснюється таким чином.

В металi встановлюється рухлива рiвновага:

L (1)

Перехiд йонiв металу в розчин виражається рiвнянням:

L (2)

Можна об'єднати рiвняння (1) i (2):

L (3)

Цей процес супроводжується втратою електронiв, тобто - це окиснення. Зворотний процес – відновлення (рис.30).

Рис. 30. Схема взаємодії йонів поверхневого шару металу з молекулами води

Стан рiвноваги (3) залежить вiд активностi металу i вiд концентрацiї його йонiв в розчинi. Якщо ця концентрацiя менша за рiвноважну, то при зануреннi металу в розчин рiвновага зсувається впра­во - йони металу переходять в розчин, а електрони залишаються на поверхнi металу. Саме тому метал набуває вiд'ємного заряду вiдносно розчину. Чим бiльше йонiв переходить в розчин, тим бiльшим стає вiд'ємний заряд металу. Накопичення йонiв металу в розчинi починає гальмувати розчинення металу. Внаслiдок цього встановлюється рухлива рiвновага.

Внесення в розчин однойменних йонiв зсуває рiвновагу (3) влiво, доки не встановиться новий стан рiвноваги. Гiдратованi йони металу концентруються бiля поверхнi електрода. В резуль­татi цього утворюється подвiйний електричний шар.

Для неактивних металів рівноважна концентрація йонів дуже мала. Якщо занурити неактивний метал в розчин солi з концентрацiєю однойменних йонiв бiльше тої, що вiдповiдає рiвновазi, то частина катiонiв з розчину перейде на електрод.

Поверхня електрода набуває додатнього заряду, а розчин - вiд'ємного (рис.31).

а) б)

Рис. 31. Подвійний електричний шар на межі поділу метал-розчин:

а – активний метал; б – малоактивний метал

Електродний потенціал металу залежить від властивостей металу, концентрації, або точніше, від активності його йонів і температури.

Ця залежність виражається формулою Нернста:

(4)

де [Meⁿ⁺] - концентрація йонів металу, моль/л; - елек-тродний потенцiал при [Meⁿ⁺] = 1моль/л; R - унiверсальна газова стала, яка дорiвнює 8,314 Дж/(мольК); Т - температура, К; n – число електронів, що беруть участь в процесі; F – стала Фарадея - 96494 Кл/моль.

Пiдставимо в формулу (4) числовi значення R i F i замiнимо натуральний логарифм десятковим, помноживши на 2,3, тодi одержимо для темпера­тури 25⁰ С:

(5)

Електродний потенціал є сталою величиною при певній температурі, якщо платівка металу занурена в розчин його солі з концентрацією (або активністю) йонів металу, що дорівнює одиниці ([Meⁿ⁺]=1 або аі =1).Такий потенціал називають стандартнимелектродним потенціалом. Якщо [Meⁿ⁺]=1, з рівняння (5) одержимо: .

Дата добавления: 2015-05-24