Електрорушійні сили. Гальванічний елемент

Гальванічний елемент, в якому джерелом енергії є не хімічна реакція, а робота вирівнювання іонів називається концентраційним. Він складається з двох однакових електродів, занурених в розчини з різною концентрацією іонів.

Наприклад:

 

Сu | CuSO₄ ½½CuSO₄ ½ Сu, або Ag | AgNO₃ ½½ AgNO₃ | Ag,

а₁ а₂ а₁ а₂

де, a₁ < а₂

 

Електрод, який знаходиться в більш розчиненому розчині, розчиняється та його іони переходять у розчин. Сам електрод при цьому заряджується негативно. На електроді, зануреному в більш концентрований розчин, осаджуються іони металу з розчину, та він заряджується позитивно. Таким чином, на обох електродах проходять процеси, які призводять до вирівнювання концентрації іонів у розчинах.

Потенціали електродів дорівнюють:

 

Е₁ = Е₁° + RT/nF ×ln a₁

Е₂ = Е₂° + RT/nF ×In a₂

Е₂° = E₁°

 

Віднімаючи перше рівняння з другого, отримаємо рівняння для електрорушійної сили концентраційного елементу:

 

Е = Е₂ – Е₁ = RT/nF × In a₂/a₁

Е = 0,059 / n × ln а₂ /а₁

Концентраційний елемент буде працювати до тих пір, поки активності іонів у розчинах не зрівняються; при а₁ = а₂ його ЕРС = 0. Різниця електричних потенціалів виникає при контакті двохрозчинів електролітів, якщо вони відрізняються концентрацією або природою розчиненої речовини. Внаслідок різності швидкості дифузії іонів у розчинах виникає дифузійна різність потенціалів чи дифузійний потенціал.

Окислювально–відновні гальванічні елементи складається з пластинок, які занурюють у розчини їх солей. Виникнення електричного струму в таких елементах є за рахунок окислювально-відновних реакцій. Платинові електроди (пластинки, занурені у розчини) служать тільки для передачі електронів, Е.Р.С. будь-якого гальванічного елемента знаходять за формулою:

Е = Е₁ – Е₂

 

де, Е - Е.Р.С. гальванічного елемента

Е₁ і Е₂ - потенціали, які виникають на електродах

Е₁ - потенціал з більшою алгебраїчною величиною

Е₂ - потенціал з меншою алгебраїчною величиною.

 

Потенціал Е знаходять за формулою Нернста:

 

 

Де, Е₀ - нормальний потенціал із таблиці

n - валентність металу в розчині солі

С - концентрація розчину, у який занурили електрод

Будь-який гальванічний елемент можливо виразити формулою, цю формулою називають схемою.

 

(-) Zn/ZnSO₄//CuSO₄/Cu (+)

 

(+)Ag/A_gN0₃//AgN0₃/Ag(-)

C₁ C₂

де, С₁ >С₂

Електролізом називається електронний хімічний процес, який спостерігається при проходженні постійного електричного струму через електроліти. При електролізі на електроліті безперервно протікають окислювально-відновні процеси: на катоді – процес відновлення, на аноді – окислення. Продукти цих реакцій відкладаються на електроді, або вступають у повторні реакції (взаємодіють поміж собою з молекулами речовини електрода), або накопичуються в розчині електродів. Протікання первинних анодних і катодних процесів підпорядковуються законом, встановленим англійським вченим М.Фарадеєм (1834):

1. Маса речовини m, виділена на електроді електричним струмом, прямо пропорційна кількості електрики Q, яка пройшла через електроліт:

m = K × Q

Q = I × t

де: І – сила струму, А

t - час пропускання струму, сек

К – електрохімічний еквівалент, який дорівнює кількості речовини (кг), виділеного при проходженні 1 кулона (Кл), або 1 ампер × секунди (1 А × с) електрики.

m = K × І × t

2. Вага різних речовин, виділенні одною і тією ж кількістю електрики, прямо пропорційна їх хімічним еквівалентам (Е):