Електродний потенціал. Вплив температури і концентрації на величину електродного потенціалу. рівняння Нернста
Дипломи, курсові та інше / Загальна і неорганічна хімія / Дипломи, курсові та інше / Загальна і неорганічна хімія / Електродний потенціал. Вплив температури і концентрації на величину електродного потенціалу. Рівняння Нернста Електродний потенціал. Вплив температури і концентрації на величину електродного потенціалу. рівняння Нернста
Електродний потенціал. рівняння Нернста
ЕРС гальванічного елемента E зручно представляти у вигляді різниці деяких величин, що характеризують кожен з електродів - електроднихпотенціалів; однак для точного визначення цих величин необхідна точка відліку - точно відомий електродний потенціал будь-якого електрода. Електродним потенціалом електрода Ее називається ЕРС елемента, складеного з даного електрода і стандартного водневого електрода (див. Нижче), електродний потенціал якого прийнято рівним нулю. При цьому знак електродного потенціалу вважають позитивним, якщо в такому гальванічному елементі випробуваний електрод є катодом, і негативним, якщо випробовуваний електрод є анодом. Необхідно відзначити, що іноді електродний потенціал визначають як "різниця потенціалів на межі електрод - розчин", тобто вважають його тотожним потенціалу ДЕС, що не цілком правильно (хоча ці величини взаємопов'язані).
Величина електродного потенціалу металевого електрода залежить від температури і активності (концентрації) іона металу в розчині, в який опущений електрод; математично ця залежність виражається рівнянням Нернста (тут F - постійна Фарадея, z - заряд іона):
У рівнянні Нернста е ° - стандартний електродний потенціал, рівний потенціалу електрода при активності іона металу, що дорівнює 1 моль / л. Стандартні електродні потенціали електродів у водних розчинах становлять ряд напруг. Величина е ° є міра здатності окисленої форми елемента або іона приймати електрони, тобто відновлюватися. Іноді відмінністю між концентрацією і активністю іона в розчині нехтують, і в рівнянні Нернста під знаком логарифма фігурує концентрація іонів в розчині. Величина електродного потенціалу визначає напрямок процесу, що протікає на електроді при роботі гальванічного елемента. На напівелементах, електродний потенціал якого має більшу (іноді кажуть - більш позитивне) значення, буде протікати процес відновлення, тобто даний електрод буде катодом.
Розглянемо розрахунок ЕРС елемента Даніеля-Якобі за допомогою рівняння Нернста. ЕРС завжди є позитивною величиною і дорівнює різниці електродних потенціалів катода і анода:
Як видно з рівняння (III.45), ЕРС елемента Даніеля-Якобі залежить від концентрації (точніше кажучи, активності) іонів міді і цинку; при їх рівних концентраціях ЕРС елемента буде дорівнює різниці стандартних електродних потенціалів:
Аналізуючи рівняння (III.45), можна визначити межу необоротної роботи гальванічного елемента. Оскільки на аноді йде процес окислення цинку, концентрація іонів цинку при незворотною роботі гальванічного елемента постійно збільшується; концентрація іонів міді, навпаки, зменшується. Ставлення концентрацій іонів міді і цинку постійно зменшується і логарифм цього відношення при [Сu2 +] <[Zn2+] становится отрицательным. Т.о. разность потенциалов при необратимой работе гальванического элемента непрерывно уменьшается; при E = 0 (т.е. ек = еа) гальванический элемент не может совершать работу (необратимая работа гальванического элемента может прекратиться также и в результате полного растворения цинкового анода).
Рівняння (III.45) пояснює також і працездатність т.зв. концентраційних ланцюгів - гальванічних елементів, що складаються з двох однакових металевих електродів, опущених в розчини солі цього металу з різними активностями а1> а2. Катодом в цьому випадку буде електрод з більшою концентрацією, тому що стандартні електродні потенціали обох електродів рівні; для ЕРС концентраційного гальванічного елемента отримуємо:
Єдиним результатом роботи концентраційного елемента є перенесення іонів металу з більш концентрованого розчину в менш концентрований. Т.ч. робота електричного струму в концентраційному гальванічному елементі - це робота дифузійного процесу, який проводиться оборотно в результаті просторового поділу його на два протилежних по напрямку оборотних електродних процесу.
Дивіться також
Нікель і його карбоніл
Основою сучасної техніки є метали і металеві сплави. Різноманітні вимоги до металевих матеріалів зростають у міру розвитку нових галузей техніки. В наш час.