ТЕМА 7.1 СТАНДАРТНИЙ ЕЛЕКТРОДНИЙ ПОТЕНЦІАЛ
Електрохімія - область хімії, що вивчає процеси, які або супроводжуються виникненням електричного струму, або викликані електричним струмом.
Електрохімічні процеси відносяться до окисно-відновних. В окисно-відновних реакціях електрони безпосередньо переходять від відновлювача до окислювача. Якщо ж процеси окислення і відновлення просторово розділити, а електрони направити по металевому провіднику, то така система буде являти собою гальванічний елемент.
Причиною виникнення і протікання електричного струму в гальванічному елементі є різниця електродних потенціалів.
З'ясуємо, що таке електродний потенціал. Уявімо собі, що платівка якого-небудь металу опущена в воду. У металі існує динамічна рівновага, яке можно.виразіть рівнянням
Ме↔Ме n + + nе,
де Me - атом металу; Ме n + - іон металу в електроді; n - заряд іона; е-електрон.
При зануренні металу в воду іони його поверхневого шару під дією полярних молекул води відриваються і гідратованими переходять в рідину. В результаті такого переходу рідина заряджається позитивно, а метал - негативно, так як на ньому з'являється надлишок електронів. У міру переходу іонів металу у водне середовище збільшується як негативний заряд металу, так і позитивний заряд розчину, при це все частіше і частіше іони металу притягуються назад на металеву пластинку. Накопичення іонів металу в розчині починає гальмувати подальше розчинення металу. В результаті встановлюється рухлива рівновага, яке можна представити у вигляді
Me + mH2 O ↔ Me n + mН2 Про + nе.
Стан рівноваги залежить як від активності металу, так і від концентрації його іонів в розчині.
У разі активних металів (Zn, Fe, Cd, Ni) взаємодія з полярними молекулами води закінчується відривом від поверхні позитивних іонів металів і переходом гідратованих іонів в розчин. Цей процес є окисленням. У міру збільшення концентрації катіонів у поверхні стає можливим зворотний процес - відновленням іонів металу.
Електростатичне тяжіння між катіонами в розчині і надлишковими електронами на поверхні утворює подвійний електричний шар. Це призводить до виникнення на кордоні дотику металу і рідини певної різниці потенціалів або стрибка потенціалу. Різниця потенціалів, що виникає між металом і навколишнього його водним середовищем, називають електродним потенціалом.
Таким чином, при зануренні металу в воду або в розчин, що містить іони даного металу, на поверхні розділу метал-розчин утворюється подвійний електричний шар і виникає різниця потенціалів між металом і розчином.
Потенціал кожного електрода залежить від природи металу, концентрації його іонів в розчині і температури.
Якщо електродний потенціал виміряно при стандартних умовах
(Т = 298К і Р = 10 5 Па), то він називається стандартним відносним
електродним потенціалом.
Залежність електродного потенціалу від концентрацій речовин, що беруть участь в електродних процесах, і від температури, виражається рівнянням Нернста
де Е ° - стандартний електродний потенціал; R - газоваяпостоянная; Т -
абсолютна температура; F - постійна Фарадея, F = 96500Кл / моль; z- число
електронів, що беруть участь в електродному процесі; [Ох] і [Red] - твори
концентрацій речовин, які беруть участь у відповідній полуреакции
в окисленої (Ох) і відновленої (Red) формах; [Ме n +] - концентрація
іонів металу в розчині; n - заряд Іона металу.
Наприклад, для електродного процесу
маємо: z = l, [Ox] = [Fe 3+], [Red] = [Fe 2+].
При здійсненні процесу в стандартних умовах концентрація кожної речовини, що бере участь в реакції, дорівнює одиниці, так що рівняння Нернста набуває вигляду
Таким чином, стандартним електродним потенціалом називається потенціал даного електрода при концентраціях всіх речовин, що беруть участь в електродному процесі, рівних одиниці.
ТЕМА 7.2 гальванічних елементів
Різниця в величинах електроднихпотенціалів у різних металевих електродів дозволяє створити гальванічний елемент - систему, в якій енергія хімічних реакцій перетворюється в електричну енергію.