Электрохимия. Гальванический элемент. ЭДС и электрохимическая схема гальванического элемента

Гальванический элемент - это устройство, которое способно вырабатывать электрическую энергию за счет протекающей хим. реакции.

С_Zn(увел.)

C_Cu (уменьш.)

Эти факты говорят о следующем:

Zn → Zn²⁺ + 2e^- (окисление)

Cu²⁺ + 2e^- → Cu (восстановление)

Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu (Молекулярно-ионное уравнение)

Zn + CuSO₄ → ZnSO₄ + Cu (молекулярное уравнение окислительно-восстановительной реакции)

Процессы, протекающие в гальваническом элемента, объясняет теория равновесных потенциалов, в соотв. с которой на границе "металл-раствор" ионы переходят в электроны по схеме:

Me ↔Meⁿ⁺ + ne

Устанавливается динамическое равновесие и на поверхности металла возникает равновесный потенциал, величина которого зависит от температуры, давления, концентрации Meⁿ⁺. Эта зависимость выражается уравнением Нернста, которая в упрощенном виде выглядит так:

E() = E₀ + lg C_{Me n+}

E₀ - стандартный равновесный потенциал (справочник, ряд напряжений) (электродный потенциал).

При работающем гальваническом элементе (цепь замкнута) электроны переходят от Zn к Cu (ток), а на электродах - копменсационные процессы:

Zn²⁺ переходит в раствор, а Cu²⁺ → Cu (на другом электроде) - см. уравнение ранее.

В электрохимии окисление - анодный процесс, а восстановление - катодный. (Соотв. электроды - анод и катод).

Стандартный водородный электрод — электрод, использующийся в качестве электрода сравнения при различных электрохимических измерениях и в гальванических элементах. Водородный электрод (ВЭ) представляет собой пластинку или проволоку из металла, хорошо поглощающего газообразный водород (обычно используют платину или палладий), насыщенную водородом (при атмосферном давлении) и погруженную в водный раствор, содержащий ионы водорода. Потенциал пластины зависитот концентрации ионов Н+ в растворе. Электрод является эталоном, относительно которого ведется отсчет электродного потенциала определяемой химической реакции. При давлении водорода 1 атм., концентрации протонов в растворе 1 моль/л и температуре 298 К потенциал ВЭ принимают равным 0 В.

Электрохимический ряд активности (ряд напряжений, ряд стандартных электродных потенциалов) металлов — последовательность, в которой металлы расположены в порядке увеличения их стандартных электрохимических потенциалов φ⁰

Потенциал окислительно-восстановительных электродов служит мерой окислительной и восстановительной способности систем. (справочник)

Потенциал окислительно-восстановительного электрода зависит от соотношения концентраций окисленной и восстановленной форм в растворе. Окисленная форма способна присоединять электроны, переходя при этом в восстановленную форму. Поэтому чем больше концентрация окисленной формы, тем сильнее выражена способность электрода к присоединению электронов. Восстановленная форма способна терять электроны, переходя при этом в окисленную форму.