Электродный потенциал

Общие положения

VIII. БИОФИЗИКА ЭЛЕКТРОВОЗБУДИМЫХ ТКАНЕЙ. ЭЛЕКТРОГЕНЕЗ

Электровозбудимыми называются ткани, которые в ответ на действие электрического стимула пороговой амплитуды отвечают физиологическим способом. К ним относят нервную, мышечную и железистую ткани. Порогом называют минимальную амплитуду раздражения, способную вызвать физиологический ответ: сокращение мышцы, нервный стимул или секрецию у желез. С XVII-XVIII века проявление этих ответов по своей природе связывают с продукцией «животного электричества», первые исследования которого были проведены Л.Гальвани. Его знаменитый научный спор с Вольтом о существовании «животного электричества» закончился двумя великими открытиями: элемента Вольта и биопотенциалов. Электрогенез является тем разделом, который изучает механизмы образования биопотенциалов.

Процессы электрогенеза проще всего воспроизвести на примере физико-химические механизмов возникновения потенциалов в электролитно-коллоидных системах. Начать можно с электродного потенциала, возникающего в системе электрод-электролит.

Представим, что серебряный (Ag) электрод погружен в раствор хлористого серебра (AgCl). На границе металла и раствора возникнет двойной электрический слой, напряженность которого определяется величиной химического потенциала:

, где:

m_i(р-р)- химический потенциал i-го иона в растворе,

m_i(эл),₎- химический потенциал i-го иона в электроде

z_i – заряд иона,

F – число Фарадея,

Y – потенциал электрода по отношению к раствору.

Если m_i(р-р) > m_i(эл), то для установления равновесия часть ионов серебра (Ag⁺) перейдет из раствора в металл, заряжая его положительно.

Если m_i(р-р) < m_i(эл), то для установления равновесия часть ионов серебра перейдет из металла в раствор, заряжая электрод отрицательно.

При m_i(р-р)= m_i(эл) заряд электрода будет равен нулю.

Нернст вывел уравнение зависимости величины потенциала электрода от концентрации вещества в растворе и электроде:

где R – универсальная газовая постоянная, T – абсолютная теипература

При погружении в раствор двух различных металлических электродов металл, у которого электрохимическое равновесие между электродом и раствором устанавливается при более высоких разностях потенциалов между электродом и раствором, будет иметь более отрицательный потенциал. Разность потенциалов возникнет и в том случае, если два электрода из одного и того же металла погрузить в растворы солей этого металла с различной концентрацией (С₁ > С₂). Разность потенциалов такой концентрационной цепи будет равна:

Таким образом, разность потенциалов будет определяться разницей концентраций солей этого металла в растворах, контактирующих с металлом.