Механизм возникновения электродного потенциала

Возникновение электродного потенциала обусловлено протеканием на границе электрод – электролит электрохимических реакций с участием ионов. Теоретической основой объяснения возникновения электродных потенциалов является сольватационная теория Л.В.Писаржевского - Н.А.Изгарышева. Согласно этой теории при погружении металлической пластинки в раствор собственной соли имеют место два основных процесса. Первый процесс – это ионизация металла пластинки, где в узлах кристаллической решетки находятся ионы – атомы:Ме⇄Меⁿ⁺ + nē.Ионизация происходит под действием полярных молекул растворителя (воды). Образующиеся при этом электроны концентрируются на пластинке, заряжая ее отрицательно, а образующиеся катионы металла переходят с пластинки в раствор и концентрируются возле пластинки (рис.1).Второй процесс – это взаимодействие молекул растворителя с ионами металла, т.е. сольватация образующихся ионов: Меⁿ⁺ + mH₂O⇄Меⁿ⁺×mH₂O.При погружении пластинки металла в раствор вначале преобладает процесс ионизации металла: Ме®Меⁿ⁺ + nē, но со временем скорость прямой реакции уменьшается, а растет скорость обратной реакции: Меⁿ⁺ + nē®Ме пока между этими процессами не установится динамическое равновесие:Ме + mH₂O⇄Меⁿ⁺×mH₂O + nēили упрощенно Ме⇄Меⁿ⁺ + nē

31.Гальванические элементы. Принцип работы. ЭДС элемента.
Гальванический элемент — химический источник электрического тока, названный в честь ЛуиджиГальвани. Принцип действия гальванического элемента основан на взаимодействии двух металлов через электролит, приводящем к возникновению в замкнутой цепи электрического тока.Электродвижущая сила (ЭДС) - это физическая величина, характеризующая работу сторонних (непотенциальных) сил в источниках постоянного или переменного тока. В замкнутом проводящем контуре ЭДС равнаработе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль контура. ЭДС так же, как и напряжение, измеряется в вольтах. Гальванический элемент состоит из2х электродов: анода и катода, которые погружены в р-р электролита. Для облегчения работы системы электроды соединяют друг с другом металлическим проводником, называемым внешней цепью эдектрохимич.сис.Роль анода всегда выполняет электрод, у которого меньшее значение электродного потенциала. При работе гальванич.эл.на аноде протекает процесс окисления, а на катоде-процесс восст-я. ЭДС гальванического эл.определяется по разности электродных потенциалов анода и катода: Е= ф ⁰катода+ ф ⁰анода.Если концентрация ионов металла в р-ре отличается от единицы, то электродный потенциал анода и катода рассчитывается по формуле Нерста: ф = ф⁰ +0,059/n*lnC,где ф- электродный потенциал в р-ре концентрации С, ф⁰- стандарт.эл.пот.металла,n-число электронов,принимающих участие в порцессеокис.иливосст. С-концентрация р-ра,моль/л.

32.Гальванический элемент Якоби и Вольта.
Вольтов столб. Первый химический источник тока был изобретен итальянским ученым Алессандро Вольта в 1800 году. Это был элемент Вольта - сосуд с соленой водой с опущенными в него цинковой и медной пластинками, соединенными проволокой. Затем ученый собрал батарею из этих элементов, которая впоследствии была названа Вольтовым столбом. Спустя три десятилетия электротехник Борис Семенович Якоби изобрел гальванический элемент новой конструкции. Это был сосуд, разделенный пористой перегородкой. В одном отделении медный электрод находился в растворе медного купороса, в другом цинковый - в растворе сульфата цинка. Сульфат цинка не взаимодействует с цинком, а сульфат меди - с медью. При замыкании цепи элемента электрический ток шел от цинкового электрода к медному. Через некоторое время медный электрод делался тяжелее, а цинковый - легче. Атом цинка отдавал иону меди свои заряды и переходил в раствор в виде иона, а ион меди, получив заряды, превращался в металлическую медь. Этот элемент давал постоянное напряжение - почти один вольт.

33.Стандартный (водородный) электрод. Определение стандартного (нормального) электродного потенциала металла.
Водородный электрод - это 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 зависит от 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. Стандартный электродный потенциал, обозначаемый Eo, является мерой индивидуального потенциала обратимого электрода (в равновесии) в стандартном состоянии, которое осуществляется в растворах при эффективной концентрации в 1 моль/кг и в газах при давлении в 1 атмосферу или 100 кПа.

34.Ряд напряжений металлов и выводы из него.
Электрохимический ряд активности (напряжения) металлов показывает их сравнительную активность в реакциях окисления - восстановления (сверху вниз восстановительная активность уменьшается). Самым сильным из всех восстановителей, указанных в ряду, является литий, а самым слабым - золото. Энергия ионизац–ии, определяется положением металла в периодической системе. В электрохимическом ряду напряжения металл, стоящий левее, может вытеснить из растворов или расплавов солей металл, стоящей правее. Пользуясь этим рядом, можно предсказать, как Ме будет себя вести в паре с другим. В электрохимический ряд напряжения включен также водород. Это позволяет сделать заключение о том, какие Ме могут вытеснить водород из растворов кислот. Так, например, железо вытесняет водород из растворов кислот, так как находится левее его; медь же не вытесняет водород, так как находится правее его.

35.Концентрационные гальванические элементы. Уравнение Нернста.
Если привести в соприкосновение два раствора одного и того же электролита, но с различными концентрациями, то возникнет самопроизвольный процесс их выравнивания. Он, очевидно, должен сопровождаться уменьшением энергии Гиббса, поэтому может быть источником ЭДС. Гальванические элементы, в которых осуществляются такие процессы, называются концентрационными. Как среди химических, так и среди концентрационных различают элементы без переноса и с переносом. В элементах без переноса не происходит непосредственного переноса электролита из одного раствора в другой, так как в них не бывает двух соприкасающихся растворов, на границе между которыми может происходить диффузионный процесс, изменяющий ЭДС элемента. Уравнение Нернста - это уравнение, связывающее окислительно - восстановительный потенциал системы с активностями веществ, входящих в электрохимическое уравнение, и стандартными потенциалами окислительно-восстановительных пар: E=E^o+ RT/nFln α_0x/α_Red, где E - это электродный потенциал, E0 - это стандартный электродный потенциал, измеряется в вольтах; n - это число моль электронов, участвующих в процессе; α_0x и α_Red - это активности соответственно окисленной и восстановленной форм вещества, участвующего в полуреакции