Электродные потенциалы. Электродные потенциалы металлов и факторы, влияющие на их величину. Понятие о стандартных потенциалах. Стандартный (нормальный) водородный потенциал

Понятие о квантовой механике. Квантовый характер излучения и поглощения энергии. Уравнение Планка. Атомные спектры как характеристики энергетических уровней электронов. Корпускулярно-волновая природа электрона. Уравнение де Бройля.

Квантовая механика – раздел теоретической физики, описывающий квантовые системы и законы их движения. Поглощение или испускание энергии может осуществляться только строго определенными дискретными порциями – квантами. Любое излучение состоит из дискретных частиц квантов излучения – фотонов – постулат Эйнштейна.

Гипотеза Л. Де Бройля – каждой частице с определенным импульсом соответствует волновой процесс с длиной волны λ = h/mυ, где h – постоянная Планка.

Основные идеи квантовой механики:

1) Атомы или молекулы испускают или поглощают электромагнитное излучение при изменении своего энергетического состояния.

Е = hν = hc/λ

2) Атомы или молекулы могут существовать только в определенных энергетических состояниях. Когда атом или молекула изменяет свое энергетическое состояние, они должны испустить или поглотить такое количество энергии, чтобы можно было перейти в новое энергетическое состояние («условие квантования»).

3) Энергетическое состояние атома или молекулы может быть описано при помощи определенного набора параметров, называемых квантовыми числами.

Распределение электронов в многоэлектронных атомах основано на трех положениях: принципе минимума энергии, принципе Паули, правиле Хунда.

Атомный спектр - в физике, совокупность всех значений какой-либо физической величины, характеризующей систему или процесс. Чаще всего пользуются понятиями частотного спектра колебаний (в частности, электромагнитных и акустических), спектра энергий, импульсов и масс частиц (см. Спектроскопия, Масс-спектрометрия). Спектр может быть непрерывным и дискретным. Также различают спектр поглощения и спектр испускания.

Согласно волновой теории, ē является и частицей и волной, т.е. имеет двойственную природу: *корпускулярные свойства ē выражаются в его способности проявлять свое действие только как целого;*волновые свойства проявляются в его движении, а также в явлениях дифракции и интерференции.

ē как бы размазан вокруг ядра по сфере, удаленной от ядра на некоторое расстояние, таким образом, вместо стационарных орбит по Бору, ядро атома окружено пульсирующим электронным облаком. Область пространства вокруг ядра, занимаемая электронаи получила название - атомная орбиталь, выражающая форму электронного облака.

2. Энергия Гиббса — это величина, показывающая изменение энергии в ходе химической реакции и дающая таким образом ответ на принципиальную возможность протекания химической реакции.

Направлени химической реакции. ΔG > 0 процесс термодинамически запрещен; ΔG < 0 реакция термодинамически разрешена, самопроизвольный процесс; ΔG = 0 равновесие.

ΔH < 0, ΔS > 0 - реакция самопроизвольная при всех температурах

ΔH < 0, ΔS < 0 - реакция самопроизвольная при низких температурах

ΔH > 0, ΔS > 0 - реакция самопроизвольная при высоких температурах

ΔH > 0, ΔS < 0 - реакция не самопроизвольная при всех температурах

Примеры придумать самим!

В силу того, что у атомов поверхности металлов валентные возможности реализованы не полностью, и на границе металл- электролит возникает промежуточная фаза, состоящая из гидратированных атомов металла. [Me*nH₂O]= [Me*nH₂O]+ne. Рано или поздно м/у анодным и катодным процессом установится равновесие. В силу стремления металла к окислению к моменту равновесия некоторое кол-во ионов металла остается в раст-ре электролита, а избыточное количество электронов - в металле. На границе раздела возникает скачок потенциала. Скачок потенциала, который возникает на границе раздела фаз, при переходе металла из вакуума в раствор электролита, наз. электродным потенциалом металла. Это – термодинамическая характеристика системы металл-электролит. Чем более активный металл, тем он больше стремиться к окислению, тем больше будет величина скачка потенциала на границе раздела фаз, тем более отрицательный электродный потенциал. Величину электродного потенциала измеряют путем сравнения: определяют разность потенциалов м/у рассматриваемой системой металл-электролит (рабочий электрод) и другой подобной рабочей системой, потенциал которой принят за ноль. Стандартным электродом сравнения является стандарт.(нормальн) водородный электрод – платиновая пластинка, электролитически покрытая губчатой платиной и погруженная в раствор кислоты, через который пропускается водород.. 2H⁺+2e=H₂⁰ Потенциал металла, измеренный при стандартных условиях относительно стандартного водородного электрода сравнения наз. стандартным электродным потенциалом.

ЭЛЕКТРОДНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ. В момент динамического равновесия V₁=V₂ – между поверхностью металла и раствором возникает скачок потенциала, который называют электродным потенциалом металла (Е_ме )

Величина Е_ме зависит:

1. От активности металла:

2. От энергии ионизации атома металла Zn⁰ –2e Zn²⁺ - E_ион

3. От энергии гидратации иона метал Zn²⁺+nH₂O Zn²⁺nH₂O+E_{гидротации}

4.От концентрации и от температуры

5.Стандартный водоро́дный электро́д — электрод, использующийся в качестве электрода сравнения при различных электрохимических измерениях и в гальванических элементах. Водородный электрод (ВЭ) представляет собой пластинку или проволоку из металла, хорошо поглощающего газообразный водород (обычно используют платину или палладий), насыщенную водородом (при атмосферном давлении) и погруженную в водный раствор, содержащий ионы водорода. Потенциал пластины зависит^{[уточнить]} от концентрации ионов Н⁺ в растворе. Электрод является эталоном, относительно которого ведется отсчет электродного потенциала определяемой химической реакции. При давлении водорода 1 атм., концентрации протонов в растворе 1 моль/л и температуре 298 К потенциал ВЭ принимают равным 0 В. При сборке гальванического элемента из ВЭ и определяемого электрода, на поверхности платины обратимо протекает реакция:

2Н⁺ + 2e⁻ = H₂ то есть, происходит либо восстановление водорода, либо его окисление — это зависит от потенциала реакции, протекающей на определяемом электроде. Измеряя ЭДС гальванического электрода при стандартных условиях (см. выше) определяют стандартный электродный потенциал определяемой химической реакции.

ВЭ применяют для измерения стандартного электродного потенциала электрохимической реакции, для измерения концентрации (активности) водородных ионов, а также любых других ионов. Применяют ВЭ та же для определения произведения растворимости, для определения констант скорости некоторых электрохимических реакций.

Дата добавления: 2015-04-23