Понятие об электродном потенциале

Рассмотрим процессы, протекающие при погружении металлической пластинки в воду или раствор электролита, содержащего ионы погруженного в раствор металла. Металлы имеют кристаллическую металлическую решётку, в узлах которой находятся, как атомы, так и положительно заряженные ионы. В металле существует подвижное равновесие, которое можно выразить уравнением

Me Û Meⁿ⁺ + n`e, (1)

где Me – атом металла, Meⁿ⁺- ион металла, n - заряд иона металла.

Если опустить металлическую пластинку в раствор какой-либо соли этого металла, то полярные молекулы воды (диполи) своими отрицательными полюсами будут действовать на положительные ионы в

пластинке. За счёт ион-дипольного взаимодействия ионы отрываются с поверхности металла и в гидратированном виде переходят в раствор. Переход ионов металла в раствор можно выразить уравнением

Meⁿ⁺ + mH₂O Û Meⁿ⁺ × mH₂O, (2)

где Meⁿ⁺ × mH₂O– гидратированный ион металла в растворе.

Равновесия (1) и (2) могут быть представлены в суммированном виде

Me + mH₂O Û Meⁿ⁺ × mH₂O + n`e (3)

В результате перехода ионов металла в раствор он заряжается положительно, а металл – отрицательно, поскольку на нём появляется избыток электронов. Ионы металла, попавшие в раствор вместе с гидратными оболочками, притягиваются к отрицательно заряженной поверхности металлической пластинки. В результате образуются два слоя, с противоположными зарядами – так называемый двойной электрический слой (рис. 1).

Рис. 1. Схема двойного Электрического слоя на границе металл-раствор

На границе соприкосновения металла и раствора возникает определённая разность потенциалов, так как двойной электрический слой можно уподобить конденсатору с определённой разностью потенциалов. Процесс перехода ионов металла в раствор является обратимым. Часть ионов металла за счёт притяжения к отрицательно заряженной пластинке могут снова переходить на пластинку. Устанавливается подвижное равновесие, которое выражается уравнением (3).

Разность потенциалов на границе металл – раствор при наступлении равновесия называется равновесным электродным потенциалом металла. Значение электродного потенциала зависит от трёх факторов: 1) от природы (активности) металла, из которого изготовлен электрод; 2) от концентрации ионов металла, образующихся при взаимодействии электрода с раствором, и 3) от температуры.

Непосредственно измерить абсолютную величину потенциала отдельного электрода не представляется возможным. Однако можно определить разность электродных потенциалов. Поэтому для определения потенциала отдельного электрода измеряют разность потенциалов между данным электродом и каким-либо электродом с постоянным потенциалом, который условно принимают равным нулю. Электроды с постоянными потенциалами называют стандартными или электродами сравнения. В качестве электрода сравнения используется стандартный водородный электрод.