Процессы, протекающие при погружении Ме в раствор

а) разделение зарядов на границе фаз

случай , металл заряжается положительно

б) возникновение двойного электрического слоя (ДЭС)

в) абсолютный скачок потенциала(гальвани-потенциал)

Историческая справка об открытии гальванических явлений

1. Л.Гальвани(1791) – опыты с препарированной лапкой лягушки

2. А.Вольта (1800) – реализация 1 ^ой электрохимической цепи

а) сокращение зависит от природы замыкаемых на мышцу

б) создание 1-го источника тока

Основные понятия и определения

1. Электрод

а) понятие, условная запись, электродная реакция

1) Электродом наз. электрохим. система, состоящая, как минимум, из 2-ух проводящих фаз, одна из которых является электролитом (проводник 2-го рода), а другая может быть металлом, полупроводником или мембраной из полиэлектролитного полимерного материала (стекла, например).

2) Примеры: или ,

б) обратимые и необратимые электроды:

1) 2)

2. Обратимые гальванические элементы

а) определение – устройство, в котором вырабатывается элект-рическая энергия за счет протекания эл.-хим. процессов

б) пример: элемент Якоби-Даниэля

в) контакт растворов эл-литов (перегородка, солевой мостик)

г) неправильно разомкнутый г.э.,

д) фазовый жидкостной (диффузионный) потенциал, .

е) правильно разомкнутый г.э.,

ж) контактная разность потенциалов,

3. Электрохимический потенциал. Гальвани-потенциал

а) характеристика энергет. состояния незаряженной частицы

б) состояние заряженной частицы – введение понятия электро- химического потенциал (Гугенгейм, 1933),

, где внутренний потенциал

внутренний потенциал – работа по перемещению единичного положительного нематериального заряда из глубины фазы в бесконечность

в) перенос заряженной материальной частицы из одной фазы в другую определяется: , т.е.

г) равновесие: :

д) абсолютный электродный или гальвани-потенциал

1) ,

2) величины, определяющие :

3) Следствия полученного соотношения

а) на гр-це раздела фаз всегда возникает скачок потенциала

б) невозможность экспериментального определения

Строение ДЭС

1. плотная часть ДЭС – слой Гельмгольца (плоский конденсатор,

толщина – радиус сольватированных противоионов).

2. диффузная часть ДЭС – слой Гуи, толщина слоя определяется силами эл.-ст. взаимодействия и тепловым движением ()

3. распределение потенциала в ДЭС, (падение в диффузной части).

4. строение ДЭС и изменение потенциала в случае специфической

адсорбции ионов (одноименно и разноименно заряженных)

5. независимость потенциала данной системы от изменения строения ДЭС, .

Электродвижущая сила (ЭДС) гальванического элемента

ЭДС – разность потенциалов на концах правильно разомкнутого

гальванического элемента

1. Условная схема электрохимической цепи:

2. Запись ЭДС через гальвани-потенциалы:

;

,

т.к.

3. Условный электродный потенциал,

а) необходимость введения условного электродного потенц-ла

б) стандартный водородный электрод,

в) определение условного электродного потенциала в водородной шкале,

г) уравнение для условного электродного потенциала:

,

4. Связь ЭДС гальванического элемента с потенциалами электродов

а) найдем разницу условных электродных потенциалов

б) сопоставление с уравнением для ЭДС данного элемента

вывод

Правило знаков ЭДС элементов и электродных потенциалов

1. Основополагающее правило – ЭДС положительна, если внутри гальванического элемента положительное электри-чество (катионы) перемещается слева направо (Стокгольм, международная конференция 1953г.)

2. Выводы. При разряде ионов на правом электроде - процесс восстановления (электрод заряжается положительно), а сам электрод – положительный полюс г.э. (катод); на левом электроде – процесс окисления (отрицательный полюс, анод).

3. Соответствие знака ЭДС системе знаков теории хим. сродства а)

б) и , самопроизвольный процесс

Термодинам. уравнение, связывающее ЭДС с активностями участников реакции, протекающей в г. элементе

1. Вывод уравнения: основан на теории хим. сродства:

а)

б)

2. , где при .

3. Пример – элемент Якоби-Даниэля:

а) реакция: , ;

б) , т.к.

4. Разбавленные растворы, ,:

- уравнение Нернста (1890)

Классификация электродов

Электроды I и II рода, газовые, Ox-Red эл-ды, мембранные

Электроды 1^го рода

1. Понятие, условная запись и электродный процесс

,

2. Вывод уравнения Нернста

а) условная схема электрохимич. цепи и химическая реакция

б)

2. Примеры:

а) , ,

б) амальгамный электрод, :

4. Неметалл/раствор, : ,

Электроды 2^го рода

1. Понятие, условная запись и потенциалопределяющая реакция на электроде 2 ^го рода:

2. Вывод уравнения Нернста

а) условная схема электрохимич. цепи и химическая реакция

б)

3. Примеры

а) ,

б) ,

в) ртутнооксидный эл-д: ,

,

4. Электроды 2^го рода – как электроды сравнения

а) недостатки водородного электрода

1) неудобен и опасен в эксплуатации (баллон с газообраз-ным водородом, сложность поддержания постоянства давления , взрывоопасен)

2) чувствительность потенциала электрода к загрязнениям и микропримесям в растворе (отравление )

б) достоинства электродов 2-го рода

1) устойчивое и воспроизводимое от электрода к электроду значение потенциала

2) простота в изготовлении и эксплуатации

в) [(насыщ., 0,1н, 1н) каломельный, хлорсеребр.)

Газовые электроды

1. Понятие, устройство и функция электрода-катализатора

Газовые электроды состоят из металлического проводника, который одновременно контактирует и с газом, пропускаемым через раствор электролита, и с самим раствором, содержащим ионы, природа которых соответствует продуктам окисления или восстановления этого газа на электроде. Металлический проводник, обычно, платиновая проволока, покрытая осадком платиновой черни, сам в электродной реакции участия не принимает, а выполняет лишь функцию инертного проводника и катализирует процесс установления адсорбционного равновесия.

2. Примеры

а) водородный электрод,

,

б) кислородный электрод: ;

,

Окислительно-восстановительные электроды

1. Понятие, функция электрода, электродная реакция

Название окислительно-восстановительных электродов или -электродов закрепилось за группой электродов, которые представляют собой инертный проводящий материал , погруженный в раствор, содержащий и окисленную, и восстановленную формы одного и того же элемента.

2. Примеры электродов, потенциал которых :

а) ферри-ферратный эл-д:

б) электроды, потенциал которых зависит от

хингидронный:

.

Область работы: 0<pH<8

Основные типы гальванических элементов

1. Краткая характеристика элементов

а) по источнику электрической энергии – физические, химические и концентрационные

– в физических цепях источником эл. энергии служит различие в физическом состоянии электродов (аллотропические, гравита-ционные, термогальванические)

– в химических гальванических элементах источником эл. энергии служит химическая энергия реакции, протекающей в элементе

– концентрационными наз. элементы, в которых оба электрода одинаковы по своей природе, но различаются активностями одного или нескольких веществ - участников электродной реакции. Электрическая энергия в них получается за счет разности концентраций электрохимически активных веществ в двух одинаковых по химической природе электродах

б) по наличию границы жидких фаз (без и с переносом)

Дата добавления: 2014-01-11