Химическое равновесие на границе металл-раствор. Двойной электрический слой. Скачок потенциала. Водородный электрод сравнения. Ряд стандартных электродных потенциалов

В электрохимии широко используется понятие электродный потенциал. Электродный потенциал возникает на поверхности раздела - электрод - раствор при погружении металла (Me) в воду или раствор, содержащий ионы данного металла (Me^z+). На границе металл - раствор устанавливается равновесие Me ↔Me^z++ Ze, которое обусловливает образование двойного электрического слоя.

Наличие двойного электрического слоя приводит к возникновениюразности потенциалов между металлом и раствором, которую

принято называть электродным потенциалом металла и обозначать φМе^z+/Mе. Измеряется потенциал в вольтах (В). Электрод принято изображать в виде схемы:

Me|Me^z+,где вертикальная черта обозначает поверхность раздела металл -раствор.

Если металл опущен в раствор собственной соли с концентрацией катионов металла, равной 1 моль/л при температуре

298 К (25 °С), то возникающий потенциал называют стандартным и обозначают φМе^z+/Mе. Непосредственно определить потенцииал отдельного электрода нельзя, его измеряют путем сравнения спотенциалом эталонного электрода. Чаще всего для этой цели используют стандартный водородный электрод, который схематически изображается так: Pt, H2 | 2H⁺. Платина не участвует в окислительновосстановительной реакции и выполняет роль проводника электронов. На границе раздела фаз в водородном электроде устанавливается равновесие:

Н₂↔2Н⁺+2e.

Величину потенциала такого электрода принимают за ноль (при всех температурах) и называют стандартным потенциалом водородного электрода φ⁰_H⁺/_H2 = 0.Располагая металлы в порядке возрастания значений их стандартных электродных потенциалов, получают электрохимический ряд напряжений металлов: Li, К, Ва, Sr, Са, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, H2, Sb, Bi, Cu, Hg, Ag, Pt, Au.

Числовые значения стандартных потенциалов металлов приведены в таблицах, имеющихся в учебник?" по общей химии. Ряд напряжений характеризует химические свойства металлов: чем меньше алгебраическое значение φ⁰_Ме^z+/_Mе, тем сильнее выражены

восстановительные свойства металлов, т.е. легче окисляются (отдают электроны) и труднее восстанавливаются из своих ионов.

Величина электродного потенциала металла φ_Ме ^z+/_Mе зависит от величины φ⁰_Ме^z+/_Mе концентрации его ионов в растворе, С_Mе^z+, температуры Т и выражается уравнением Нернста:

где R - газовая постоянная равная 8,3 Дж/(моль*К); F - число Фарадея.

Уравнение Нернста при Т = 298 К принимает вид: