Гальванічний елемент

Електропровідність розчинів

Тема 4. Електрохімія

1. Електропровідність розчинів.

2. Гальванічний елемент.

3. Електроліз, практичне застосування

Розрізняють дві групи провідників електричного струму: провідники першого роду, електрична провідність яких обумовлена електронами, і провідники другого роду, що мають іонну провідність. Головну роль в електрохімії відіграють провідники другого роду – розчини і розплави електролітів. В розчинах електролітів сольватовані іони знаходяться в безладному русі. При накладанні електричного поля виникає впорядкований рух іонів до протилежно заряджених електродів. Швидкість руху іонів збільшується під дією електричної напруги, однак одночасно збільшується електричний опір середовища.

Оскільки швидкість руху іона залежить від градієнту потенціалу (відношення ΔU/l), то порівняння швидкостей руху різних видів іонів роблять при градієнті потенціалу поля 1 Вольт на метр. Швидкість руху іонів в цих умовах називають абсолютною швидкістю, позначають буквою υ і виражають у м² на Вольт-секунду. Абсолютна швидкість руху іона – це відстань у метрах, що проходить іон за 1 секунду при градієнті потенціалу (напруженості електрос-татичного полю E = ΔU/l) 1 Вольт на метр:

Електропровідність – це здатність речовин проводити електричний струм під дією зовнішнього електричного поля. Вона являє собою величину, зворотну електричному опору R. Відомо, що

(4.1)

тому

, (4.2)

де ρ – питомий опір, Ом·м; χ = 1/ ρ – питома електропровідність, См/м; S – перетин провідника; l – довжина провідника.

При l = 1 м і S = 1 м² питомий опір ρ = R.

Питомий опір — це опір провідника, що має довжину 1 м і поперечний переріз 1 м².

Загальна електропровідність є нестандартною величиною, тому практично використовують питому електричну провідність.

Питома електрична провідність це провідність стовпчика розчину, поміщеного між електродами, розташованими на відстані 1 м, і площею 1 м², тобто це електрична провідність 1 м³ розчину.

Питома електропровідність залежить від природи електроліту, природи розчинника, температури і концентрації іонів у розчині. Вплив природи електроліту на питому електропровідність обумовлюється різною швидкістю руху іонів і ступенем дисоціації.

В електрохімічному ланцюзі розрізняють зовнішній і внутрішній ланцюги. Зовнішній ланцюг – це клеми електродів і прилад для виміру ЕРС. Внутрішній ланцюг являє собою гальванічний елемент.

Хімічним гальванічним елементом називають пристрій із двох електродів, в якому хімічна енергія перетворюється в електричну.

Між розчинами окремих електродів установлюють контакт за допомогою електролітичного містка, заповненого насиченим розчином КС1. Електролітичний місток забезпечує електропровідність між розчинами, але перешкоджає їхньої взаємної дифузії.

В гальванічному елементі самі по собі рівноважні електроди утворюють нерівноважну систему. Причиною нерівноважності є різниця густини електронів в металах і отже їх прагнення переходити від одного металу до іншого по зовнішньому ланцюгу. Одночасно у внутрішньому ланцюзі відбувається перехід іонів. Наприклад якщо в зовнішньому ланцюзі електрони переміщуються ліворуч праворуч, то на лівому електроді відбувається реакція окислювання M₁→Mi²⁺+ze^–, а на правому – реакція відновлення M₂^z++ze^–→ M₂. Електрод, на якому відбувається процес окислення, в електрохімії називають анодом, електрод, на якому відбувається процес відновлення, називають катодом. Катіони у внутрішньому ланцюзі рухаються від М₁ до М₂.

Перенос катіонів відбувається доти, поки не створюється певне (рівноважне) для кожної температури співвідношення концентрацій (активностей) електролітів у двох розчинах. Прикладом може бути гальванічний елемент Даніеля – Якобі (рис. 4.1). Розімкнутий елемент знаходиться в загальмованому нерівноважному стані і може перебувати в цьому стані як завгодно довго. Замикання електродів металевим провідником знімає гальмування. На цинковому електроді (електрохімічно більш активному) відбувається термодинамично необоротний процес окислення металевого цинку, на мідному електроді – термодинамично необоротний процес відновлення іонів міді.

Сумарний струмоутворюючий процес виражається рівнянням

Zn⁰ + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu⁰. (4.3)

Рисунок 4.1 – Схематичне зображення гальванічного елементу Даніеля – Якобі

Дата добавления: 2014-01-07