double arrow

Гальванические элементы. Гальванический элемент – это устройство, в котором химическая энергия окислительно-восстановительных реакций непосредственно преобразуетсяв электрическую



Гальванический элемент – это устройство, в котором химическая энергия окислительно-восстановительных реакций непосредственно преобразуетсяв электрическую. При этом процессы окисления и восстановления пространственно разделены, а перенос электронов осуществляется через внешнюю цепь.

Окислительно-восстановительные реакции протекают на электродах - системах, состоящих из металлов, погруженных в раствор или расплав электролита. Между металлической фазой электрода и раствором в приэлектродном пространстве происходит непрерывный обмен ионами, молекулами и электронами. В результате перераспределения зарядов на границе металл-раствор возникает двойной электрический слой, характеризуемый скачком потенциала.

Разность потенциалов между металлом и раствором называется электродным потенциалом. Состоянию электродного равновесия соответствует равновесный электродный потенциал. Все факторы, влияющие на химическое равновесие (природа металла, растворителя, концентрация, температура), определяют и величину электродного потенциала.

Стандартным электродным потенциалом (j0) называют потенциал металла, погруженного в раствор своей соли с концентрацией ионов 1 моль/л при температуре 298 К и давлении Р = 1,01325·105 Па. Ряд стандартных потенциалов (табл. 6) позволяет дать количественную характеристику электрохимической активности металлов. Чем меньше значение j0, тем больше восстановительные свойства металла.




Для вычисления значения электродного потенциала в условиях, отличных от стандартных, пользуются уравнением Нернста:

j = j0 + (29)

где Т - температура, К;

F – число Фарадея, равное 96500 Кл/моль;

R – универсальная газовая постоянная, равная 8,314 Дж/моль·К;

n – число электронов, принимающих участие в процессе;

концентрация ионов металла в растворе, моль/л.

Формулу Нернста можно упростить, приняв значение Т=298 К:

j = j0+ .(30)

Если два электрода соединить проводником, а растворы электрическим ключом, то образуется гальванический элемент (рис. 2).

Анодом является металл с меньшим электродным потенциалом (jА<jk), и на нем происходит процесс окисления:

А MeA – m = Me (31)

При этом растворяется металлический электрод.

На катоде происходит процесс восстановления катионов электролита (если jме > -1,4 B):

K Me +n = Me (32)

Если j ме< -1,4B,то на катоде восстанавливается вода:

K 2H2O + 2 = H2­ + 2OH- (33)



Символическая запись (схема) гальванического элемента имеет вид:

АК , если jА< jК.

Таблица 5

Стандартные электродные потенциалы j0 некоторых металлов

Электрод j0, В Электрод j0, В
Li+/Li -3,05 Cd2+/Cd -0,40
Rb+/Rb -2,93 Co2+/Co -0,28
K+/K -2,92 Ni2+/Ni -0,25
Ba2+/Ba -2,90 Sn2+/Sn -0,136
Ca2+/Ca -2,87 Pb2+/Pb -0,127
Na+/Na -2,71 2H+/H2 0,00
Mg2+/Mg -2,37 Sb3+/Sb +0,20
Al3+/Al -1,70 Bi3+/Bi +0,22
Ti2+/Ti -1,60 Cu2+/Cu +0,34
V2+/V -1,18 Ag+/Ag +0,80
Mn2+/Mn -1,18 Hg2+/Hg +0,85
Zn2+/Zn -0,76 Pt2+/Pt +1,19
Cr3+/Cr -0,74 Au3+/Au +1,50
Fe2+/Fe -0,44

ē
Граница раздела металл - раствор обозначается одной чертой, а граница раздела между двумя растворами – двумя чертами. Слева обычно записывается анодный электрод. Принцип работы гальванического элемента показан ниже:

 
 


Меn+
Меn+

 
 
Меn++


А- - анионы соли



Сейчас читают про: