Чем положительнее заряд тем потенциал электрода

ЭЛЕКТРОДНЫЕ ПОТЕНЦИАЛЫ И ЭЛЕКТРОДВИЖУЩИЕ

Возникновение разности потенциалов на границе металл-раствор.

При контакте металлической пластины с водой катионы, расположенные на поверхности металла, взаимодействуют с диполями воды (рис.4.1 а). Выделяющаяся при этом энергия гидратации идет на разрыв связи катионов с кристаллической решеткой металла, и часть ионов переходит в раствор. В результате этого процесса поверхность металла заряжается отрицательно, а раствор около пластинки — положительно. Образующийся при этом двойной электрический слой (ДЭС), схематически показанный на рис.4.1б, приводит к возникновению разности потенциалов на границе раздела двух фаз металл-раствор. Система, состоящая из металла, погруженного в раствор соли, содержащей катионы этого металла, называют

Рис 4.1 а) взаимодействие катионов металла с диполями воды и б) образование двойного электрического слоя на границе металл-вода.

С ростом заряда поверхности скорость перехода ионов в раствор (V М→р-р ) уменьшается и увеличивается скорость обратного процесса (V р-р →Ме ) до тех пор, пока не установится состояние динамического равновесия , при котором V М→р-р = V р-р →М .

При погружении металла(проводник Ιрода) в раствор его соли(проводникΙΙ рода) , заряд металла будет зависеть от начального соотношения скоростей перехода катионов в раствор и обратно, что определяется химической природой металла.

Если в начальный момент времени V М→р >V р →М , металл окисляется и заряжается отрицательно, в случае V Ме→р < V р →М , (металл восстанавливается) поверхность металла приобретает положительный заряд. Так при погружении цинка в раствор его соли металл заряжается отрицательно, в то время как контакт меди с раствором соответствующей соли сопровождается образованием положительного заряда на металле. Направление самопроизвольного перехода ионов определяется убылью энергии Гиббса в этих процессах (∆G<0).

Двойной электрический слой на границе металл-раствор может возникать не только за счёт перехода ионов металла в раствор, но также за счет поверхностных химических реакций, сопровождающихся переходом заряженных частиц с поверхности металла в раствор и обратно. Так, например, водород, адсорбируясь на поверхности платины (инертного металла), диссоциирует на ионы по реакции

2H p-р + + 2е= 1/2Н 2

Образующийся ион Н + переходит в раствор, при этом платина заряжается отрицательно. Если концентрация Н + в растворе велика, возможен обратный процесс, и Pt заряжается положительно. Такой электрод называется водородным. Изменение давления водорода и концентрации ионов Н р + приводит к смещению равновесия реакции (4.2) и изменению заряда электрода.

Водородный электрод при давлении водорода равном 1 атм и активности ионов водорода равной 1 называют стандартным водородным электродом и

используют для определения величины скачка потенциала на границе металлраствор, абсолютное значение которого измерить невозможно. Потенциал

стандартного водородного электрода ∆φ 0 H + / H 2 условно принят за нуль.

В лабораториях часто используют электроды, состоящие из металла, покрытого слоем его труднорастворимой соли, погруженного в раствор хорошо растворимой соли с тем же анионом. К таким электродам относится, например, хлорсеребряный электрод, представляющий собой серебряную проволоку, покрытую слоем AgCI и погруженную в раствор KCI. Электродный потенциал такого электрода возникает за счет реакции

AgCl тв + e=Ag 0 + Cl —

Если инертный металл (например, Pt) погрузить в раствор, содержащий окисленную и восстановленную форму одного вещества (например, раствор FeCl 2 и FeCl 3 ), то такой электрод называют окислительно-восстановительным или редокс-электродом.

Потенциал, который возникает в данной окислительно-восстановительной системе,

называется окислительно-восстановительным или редокс-потенциалом. Редокс-

потенциал возникает в результате того, что на поверхности Pt протекает окислительновосстановительная реакция, например:

Платина в электродных реакциях не участвует, а является лишь переносчиком электронов для протекающей на ее поверхности реакций и в зависимости от направления процесса является акцептором или донором электронов. В рассмотренном выше примере при избытке окисленной формы в растворе C Fe 3+ > C Fe 2+ поверхность Pt заряжается положительно. В случае C Fe 3+ < C Fe 2+ поверхность Pt заряжается отрицательно.

Во всех рассмотренных выше примерах (реакции (4.1) — (4.4)) скачок потенциала на границе электрод-раствор возникает вследствие окислительно-восстановительных реакций, протекающих на поверхности металла. Если окисленную форму вещества обозначить ох , а восстановленную red, то в общем виде электродную реакцию можно записать в виде:

Величина скачка потенциала определяется температурой, природой окислительновосстановительной системы и соотношением активностей окисленной и восстановленной форм:

Что такое электродный потенциал?

ЭЛЕКТРОДНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ,разностьэлектростатич. потенциалов между электродоми находящимся с ним в контактеэлектролитом. Возникновение электродного потенциала обусловлено пространств.

разделениемзарядов противоположного знака на границе раздела фаз и образованиемдвойногоэлектрического слоя. На границе между металлич. электродоми р-ромэлектролитапространств.

разделение зарядов связано со след. явлениями:переносом ионовиз металлав р-р в ходе установления электрохим. равновесия,кулоновской адсорбциейионовиз р-ра на пов-сть металла, смещением электронногогазаза пределы положительно заряженного ионного остова кристаллич.

решетки,специфич. (некулоновской) адсорбциейионовили полярных молекулр-рителяна электродеи др. Последние два явления приводят к тому, что электродный потенциал неравен нулю даже при условиях, когда заряд пов-сти металларавен нулю (см.Потенциалнулевого заряда).Абс.

величину электродного потенциала отдельного электродаопределить невозможно, поэтому измеряют всегда разность потенциалов исследуемогоэлектродаи нек-рого стандартного электрода сравнения.Электродный потенциал равенэдс электрохим. цепи, составленной из исследуемого и стандартного электродов(диффузионный потенциалмежду разными электролитами, обусловленныйразличием скоростей движения ионов, при этом должен быть устранен). Дляводных р-ров в качестве стандартного электродаобычно используют водородныйэлектрод(Pt, Н2[0,101 МПа] | Н+[a= 1]), потенциалк-рого при давленииводорода0,101 МПа и термодинамич.

активностиаионовН+ в р-ре, равной 1, принимают условно равным нулю(водородная шкала электродных потенциалов). При схематич. изображении цепи водородный электродвсегда записывают слева; напр., потенциал медного электродав р-ре солимедиравен эдс цепи Pt, H2|HClCuCl2|Cu|Pt(две штриховые черты означают, что диффузионный потенциална фанице НС1и СuС12устранен).Если исследуемый электроднаходится встандартных условиях, когда активностивсех ионов, определяющих электродный потенциал,равны 1, а давлениегаза(для газовых электродов) равно 0,101 МПа, значениеэлектродного потенциала наз.

стандартным (обозначение E°).Оно связано со стандартным изменениемэнергии Гиббсаи константой равновесияКрэлектрохим. р-ции ур-нием:, где F – число Фарадея; п – число электронов, участвующихв р-ции; R – газовая постоянная; Т – абс. т-ра.

ЗначенияE°электрохим. систем по отношению к водородному электродуи протекающие наэлектродахр-ции сведены в спец. таблицы (подробнее см.

Стандартныйпотенциал).Зависимость электродного потенциала от термодинамич. активностейaiучастников электрохим. р-ции выражаетсяНернстауравнением:

где vi- стехиометрич. коэф. участника р-ции, причем для исходных в-в это отрицат.

величина, адля продуктов р-ции -положительная.Если через электродпротекает электрич. ток, электродный потенциал отклоняется от равновесного значения из-за конечной скоростипроцессов, происходящих непосредственно на границе электрод- электролит(см. Поляризация).Лит.: Корыта И., Дворжак И., БогачковаВ., Электрохимия, пер.

с чеш., М., 1977; Антропов Л.И., Теоретическаяэлектрохимия, 4 изд., М., 1984; Дамаскин Б. Б., Петрий О. А., Электрохимия,М., 1987; Багоцкий B.C., Основы электрохимии, М., 1988; Практикум по электрохимии,под ред.Б. Б.

Дамаскина, М., 1991.О. А. Петрий.АБВГДЕЖЗИКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЭЮЯ ___ЭЛЕКТРОДНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ— разность электрических потенциалов (напряжений) между электродом и находящимся с ним в контакте электролитом.Появление Э. п.

вызвано образованием у поверхности электрода двойного электрического слоя.На практике используют значения так… … Большая политехническая энциклопедияЭЛЕКТРОДНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ— в электрохимии разность электрических потенциалов на границе фаз электрод электролит. На практике пользуются значениями т. н.

относительного электродного потенциала, равного разности электродного потенциала, данного электрода и электрода… … Большой Энциклопедический словарьЭЛЕКТРОДНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ— ЭЛЕКТРОДНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ, мера способности электрода вступать в реакцию. Электрод из элемента М, помещенный в раствор его ионов (М+), представляет собой ПОЛУЭЛЕМЕНТ. Теоретически в ходе реакций типа ММ++е между электродом и раствором всегда… … Научно-технический энциклопедический словарьЭлектродный потенциал— мера способности электрода вступать в реакцию.Между электродом и раствором всегда образуется разность потенциалов.

Стандартные потенциалы электродов определяют относительно водородного электрода при определенных величинах температуры,… … Официальная терминологияэлектродный потенциал— — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN electrode potentialelectrolytic potentialelectropolarization… … Справочник технического переводчикаэлектродный потенциал— [electrode potential] разность электрических потенциалов между электродами и находящимся с ним в контакте электролитом (чаще всего между металлом и раствором электролита).Практическое значение имеют относительные электродные потенциалы,… … Энциклопедический словарь по металлургииэлектродный потенциал— 3.8 электродный потенциал: Мера способности электрода вступать в реакцию. Между электродом и раствором всегда образуется разность потенциалов.

Стандартные потенциалы электродов определяют относительно водородного электрода при определенных… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документацииЭлектродный потенциал— У этого термина существуют и другие значения, см.Потенциал. Электродный потенциал разность электрических потенциалов между электродом и находящимся с ним в контакте электролитом (чаще всего между металлом и раствором электролита). Возникновение… … ВикипедияЭлектродный потенциал— Electrode potential Электродный потенциал.Потенциал электрода в электролизе измеренный относительно электрода сравнения.

В электродный потенциал не входят потери противодействия потенциалу, как в растворе, так и внешней цепи. Он представляет… … Словарь металлургических терминовэлектродный потенциал— elektrodo potencialas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Dydis, išreiškiamas potencialų skirtumu, susidarančiu tarp joninės terpės (elektrolito tirpalo ar lydalo) ir į ją įdėto elektrodo.atitikmenys: angl. electrode… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynasэлектродный потенциал— elektrodo potencialas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Elektrodo potencialas kito kūno arba terpės, kurioje jis yra, atžvilgiu.

atitikmenys: angl.electrode potential vok. Elektrodenpotential, n rus. потенциал электрода … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynasравновесный (электродный) потенциал— — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров.Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN equilibrium (electrode) potential … Справочник технического переводчикаНормальный электродный потенциал— В электрохимии стандартный электродный потенциал, обозначаемый Eo, E0, или EO, является мерой индивидуального потенциала обратимого электрода (в равновесии) в стандартном состоянии, которое осуществляется в растворах при эффективной концентрации… … ВикипедияСтандартный электродный потенциал— В электрохимии стандартный электродный потенциал, обозначаемый Eo, E0, или EO, является мерой индивидуального потенциала обратимого электрода (в равновесии) в стандартном состоянии, которое осуществляется в растворах при эффективной концентрации… … ВикипедияОкислительно-восстановительный потенциал— равновесный Электродный потенциал, характеризующий данную электролитическую среду.

при постоянной температуре зависит только от состава среды и может быть сообщен ею погруженному в неё электронному проводнику (электроду), если… … Большая советская энциклопедияЭЛЕКТРОХИМИЯ— раздел физической химии, изучающий химические процессы, которые сопровождаются появлением электрического тока или, наоборот, возникают под действием электрического тока. Предметом электрохимических исследований также являются электролиты и… … Энциклопедия КольераЕ949— Водород / Hydrogenium (H) Атомный номер 1 Внешний вид простого вещества газ без цвета, вкуса и запаха Свойства атома … Википедияцементационный процесс— [electrolitic precipitation] процесс осаждения металлов, основанный на электрохимическом протекании реакции между металлом цементатором и ионом осаждаемого металла, имеющего более положительный электродный потенциал.Цементационный процесс… … Энциклопедический словарь по металлургииЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЕ— выделение фазы (металла, сплава, оксида и др.) на пов сти электрода в результате протекания электрохим. р ции.

Э.металлов лежит в основе гидроэлектрометаллургии (см. Электролиз )и гальванотехники. Металлы Au, Ag, Cu, Bi, Pb, Sn, Cd, Co, Ni, Fe,… … Химическая энциклопедияЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ СЕНСОРЫ— устройства, в к рых аналит.

сигнал обеспечивается протеканием электрохим. процесса. Предназначены для качеств.

и количеств. анализа хим. соед.

в жидких и газообразных средах. По сравнению с обычными аналит. приборами отличаются портативностью,… … Химическая энциклопедияВ электрохимиистандартный электродный потенциал, обозначаемый Eo, E0, или 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 (килопаскалей).

Объёмы чаще всего взяты при 25 °C.Основой для электрохимической ячейки, такой как гальваническая ячейка всегда является окислительно-восстановительная реакция, которая может быть разбита на две полуреакции: окислениена аноде (потеря электрона) и восстановлениена катоде (приобретение электрона). Электричествовырабатывается вследствие различия электростатического потенциаладвух электродов. Эта разность потенциалов создаётся в результате различий индивидуальных потенциалов двух металлов электродовпо отношению к электролиту.

Вычисление стандартных электродных потенциалов

Электродный потенциал не может быть получен эмпирически.

Потенциал гальванической ячейки вытекает из «пары» электродов. Таким образом, невозможно определить величину для каждого электрода в паре, используя эмпирически полученный потенциал гальванической ячейки. Для этого установлен водородный электрод, для которого этот потенциал точно определён и равен 0,00 В, и любой электрод, для которого электронный потенциал ещё неизвестен, может быть соотнесён со стандартным водородным электродом с образованием гальванической ячейки — и в этом случае потенциал гальванической ячейки даёт потенциал неизвестного электрода.

Так как электродные потенциалы традиционно определяют как восстановительные потенциалы, знак окисляющегося металлического электрода должен быть изменён на противоположный при подсчёте общего потенциала ячейки. Также нужно иметь в виду, что потенциалы не зависят от количества передаваемых электронов в полуреакциях (даже если оно различно), так как они рассчитаны на 1 моль переданных электронов. Отсюда при расчёте какого-либо электродного потенциала на основании двух других следует проявлять внимательность.

Fe3++ 3e−→ Fe(тв) −0.036 В

Fe2++ 2e−→ Fe(тв) −0.44 В

Для получения третьего уравнения:

следует умножить потенциал первого уравнения на 3, перевернуть второе уравнение(поменять знак) и умножить его потенциал на 2. Сложение этих двух потенциалов даст стандартный потенциал третьего уравнения.

Таблица стандартных электродных потенциалов

Основная статья: Таблица стандартных электродных потенциалов

Чем больше стандартные восстановительные потенциалы, тем легче их можно восстановить, другими словами, тем более сильными окислителями они являются. И наоборот: низкий отрицательный потенциал означает, что данная форма является сильным восстановителем.

Например, F2имеет 2,87 В, а Li+имеет −3,05 В, фтор — окислитель, литий — восстановитель. Таким образом, Zn2+, стандартный восстановительный потенциал которого равен −0,76 В, может быть окислен любым другим электродом, стандартный потенциал которого больше −0,76 В. (напр., H+(0 В), Cu2+(0,16 В), F2(2,87 В)) и может быть восстановлен любым электродом, стандартный потенциал которого меньше −0,76 В (напр., H−(−2,23 В), Na+(−2,71 В), Li+(−3,05 В)).

В гальванической ячейке, где самопроизвольная окислительно-восстановительная реакция заставляет ячейку производить электрический потенциал, Энергия ГиббсаΔGoдолжна быть отрицательной, в соответствии со следующим уравнением:

где nэто количество молейэлектронов на моль продуктов, а Fявляется постоянной Фарадея,

96485 Кл/моль. Таким образом применимы следующие правила:

если E o _яч> 0, тогда процесс самопроизвольный (гальваническая ячейка) если E o _яч< 0, тогда процесс несамопроизвольный (электролитическая ячейка)

Нестандартные условия

Стандартные электродные потенциалы даны при стандартных условиях. Однако, реальные ячейки могут действовать и при нестандартных условиях. При данном стандартном потенциале, потенциал при нестандартных эффективных концентрациях может быть вычислен с использованием уравнения Нернста:

Величины E0зависят от температуры (кроме стандартного водородного электрода) и обычно относятся к стандартному водородному электроду при этой температуре. Для конденсированных фаз величины потенциалов также зависят от давления.

Стандартный электродный потенциал

принято считать любой проводящий электроны материал (металлы, графит и т.д.), находящийся в контакте с электролитом (полу- элемент).

Рис. 11.1. Строение и потенциал двойного электрического слоя:

а — активный металл; б — металл;

Me — металл; S — раствор его соли; Р — поверхность раздела; Е — электрический потенциал; R — расстояние от поверхности металла

При погружении металла в раствор собственной соли у поверхности раздела на границе металл — раствор возникает электрический потенциал вследствие образования двойного электрического слоя (рис. 11.1). В случае активного металла возможен переход его атомов, легко оставляющих электроны » на электроде, из металла в раствор в виде катионов, т.е. процесс окисления:

За счет этого в растворе появляется избыток катионов, а на металле — электронов. Поверхностный слой металла заряжается отрицательно, а граничный с ним слой раствора — положительно.

Для пассивного металла, ионы которого в растворе электролита энергично принимают электроны, наблюдается обратный переход, т.е. процесс восстановления:

Это приводит к связыванию катионов поверхностью металла электрода, заряжающейся положительно, и к появлению в растворе избытка анионов из электролита, притягивающихся к поверхности металла. И в этом случае возникает двойной электрический слой, характеризующийся противоположными зарядами на металле и в растворе и соответственно разность потенциалов, которая называется электродным потенциалом или потенциалом электрода.

Электрические заряды в растворе вследствие теплового движения ионов распределены менее плотно, чем в металле, что видно из зависимости электрического потенциала от расстояния от поверхности раздела (см. рис. 11.1). Поэтому заряженный слой в растворе называется диффузным.

Описанные выше процессы являются обратимыми. По мере перехода ионов активного металла в раствор растет отрицательный заряд поверхности металла и положительный заряд раствора, что препятствует протеканию этого процесса и вызывает обратную реакцию восстановления ионов металла до атомов. С увеличением разности (скачка) потенциала между электродом и раствором скорость прямой реакции уменьшается, а обратной — возрастает. При некотором значении потенциала скорости прямой и обратной реакции станут равными и установится динамическое равновесие. Аналогичный процесс протекает и в случае пассивного металла.

Потенциал, устанавливающийся в условиях равновесия, называется равновесным электродным потенциалом (Е )•

Непосредственно измерить величину этого потенциала нельзя. Однако можно определить разность электродных потенциалов. Поэтому для характеристики электродных процессов пользуются относительными значениями электродных потенциалов, измеренными по отношению к потенциалу нормального водородного электрода, величина которого условно приравнивается к нулю (/:° = 0).

Нормальный водородный электрод состоит из платиновой пластинки, играющей роль инертного проводника электрического тока, на которую электролитически наносят слой платиновой черни. Платиновая чернь, представляющая собой платину в тонкодисперсном состоянии, обладает способностью адсорбировать газообразный водород. Пластинку опускают в раствор хлороводородной (соляной) (НС1) или серной кислоты (H₂S0₄) с активной концентрацией ионов водорода, равной 1 моль/л (например, используется 1,25 М раствор НС1).

Во время работы очищенный газообразный водород непрерывно пропускают под давлением 1,01 • 10 5 Па (1 атм) при температуре 25°С через раствор НС1 или H₂S0₄. При этом протекает обратимая реакция:

Для определения электродного потенциала металла Ме” + / Me собирают цепь из нормального водородного электрода и электрода, изготовленного из исследуемого металла (вертикальные черточки означают границу раздела полуэлементов, емкостей с двумя электролитами (раствор кислоты с платиной и раствор соли с металлом) и электродами, которые соединены электролитическим мостиком — U-образной стеклянной трубкой, заполненной раствором электролита, а электроды полуэлементов замкнуты — внешняя цепь — через высокоомный гальванометр), что схематично может быть представлено следующим образом:

Потенциал металлического электрода в растворе собственной соли с активной концентрацией 1 моль/л при 25°С и давлении 1,01 • 10 5 Па называется стандартным электродным потенциалом. Величина этого потенциала количественно характеризует восстановительную и окислительную способности металла и его ионов. Чем меньше значение стандартного электродного потенциала, тем сильнее восстановительные свойства металла и слабее окислительная способность его ионов. Чем больше значение стандартного электродного потенциала, тем сильнее окислительная способность ионов металла и слабее восстановительные свойства металла.

Величины стандартных электродных потенциалов различных элементов и их ионов приведены в справочниках в порядке их возрастания. Ряд металлов, расположенных последовательно по признаку увеличения стандартного электродного потенциала, называется рядом напряжений металлов:

Ряд напряжений характеризует химические свойства металлов.

• 1. Все металлы, стоящие левее (выше) водорода, имеют отрицательные значения стандартных электродных потенциалов, правее (ниже) — положительные.
• 2. Отрицательные значения электродных потенциалов означают, что данные металлы являются восстановителями по отношению к водороду и вытесняют (восстанавливают) его из растворов минеральных кислот, анионы которых не проявляют окислительных свойств (НС1, разбавленная H₂SO и т.п.).

3. Чем ближе к началу ряда напряжений расположен металл, тем сильнее восстановительная и слабее окислительная способность его иона в растворе (т.е. тем легче его ионы отдают (окисляются) и труднее присоединяют (восстанавливаются) электроны).

• 4. Положительное значение электродного потенциала означает, что данные металлы являются окислителями по отношению к атомам водорода, т.е. не разлагают воду и не вытесняют водород из растворов. Наоборот, водород вытесняет металлы из растворов их солей.
• 5. Каждый металл способен вытеснять из растворов солей те металлы, которые стоят в ряду напряжений после него и восстанавливает ионы следующих за ним металлов в электронейтральные атомы, отдавая электроны, а сам превращается в ионы.

В табл. 11.1 приведены величины стандартных окислительно-восстановительных потенциалов для некоторых металлов, кислорода и воды. Если атомы или ионы, находящиеся в правой колонке таблицы (восстановители), вступают в реакции с атомами или ионами, находящимися в левой колонке (окислители) и притом расположенными в таблице ниже, то первые отдают электроны (окисляются), т.е. являются восстановителями, а вторые — принимают электроны (восстанавливаются), т.е. являются окислителями.

Пример 11.1. Возможно ли взаимодействие меди (Си) с раствором сульфата цинка (ZnSO^)?

Согласно табл. 11.1 стандартные электродные потенциалы этих металлов составляют: Е° = +0,34 В и ?° _ = -0,76 В. Так

как медь имеет больший электродный потенциал и стоит в ряду напряжений после цинка, то она не способна восстанавливать ионы Zn 2+ и вытеснять цинк из его соли. Реакция протекать не будет.

Что такое электродный потенциал?

1. Определите, какой из электродов является катодом в гальваническом элементе, образованном стандартными электродами:

Ag|Ag + или Mn|Mn 2+ ;

Co|Co 2+ или Na|Na + .

Катодом (т.е. электродом, на котором протекает процесс восстановления) в гальваническом элементе будет электрод, имеющий большее значение стандартного электродного потенциала (см. таблицу 4 приложения).

E 0 _Ag|Ag + = 0,799 В ; E 0 _Mn|Mn 2+ = –1,179 В. В данной паре катодом является Ag|Ag + .

A (–) Mn|Mn 2+ || Ag + | Ag (+) K

E 0 _Co|Co 2+ = – 0,277 В ; E 0 _Na|Na + = –2,714 В. В данной паре катодом является Co|Co 2+ .

C хема гальванического элемента:

A (–) Na|Na + || Co 2+ | Co (+) K

2. На основании стандартных электродных потенциалов (таблица 4 приложения) определите, какой из следующих гальванических элементов имеет наибольшую ЭДС:

а) Zn|Zn 2+ || Ni 2+ |Ni; б) Cd|Cd 2+ || Ni 2+ |Ni

в) Al|Al 3+ || Ni 2+ |Ni ; г) Mg|Mg 2+ || Ni 2+ |Ni .

а) ЭДС = Е 0 _Ni|Ni 2+ – Е 0 _Zn|Zn 2+ = – 0,250 – (–0,763) = 0,513 В ;

б) ЭДС = Е 0 _Ni|Ni 2+ – Е 0 _Cd|Cd 2+ = – 0,250 – (–0,403) = 0,153 В ;

в) ЭДС = Е 0 _Ni|Ni 2+ – Е 0 _Al|Al 3+ = –0,250 – (–1,663) = 1,413 В ;

г) ЭДС = Е 0 _Ni|Ni 2+ – Е 0 _Mg|Mg 2+ = –0,250 –(–2,363) = 2,113 В.

В случае г) ЭДС гальванического элемента будет наибольшей.

3. Вычислите электродный потенциал магния погруженного в раствор MgSO₄ с концентрацией ионов Mg 2+ , равной 0,01 моль/ л .

Вычисление электродного потенциала металла при любой концентрации его ионов (моль/л) в растворе производится по уравнению Нернста. Для магниевого электрода:

E = E 0 + = –2,363 + = –2,422 В.

4. Вычислите ЭДС гальванического элемента, состоящего из двух электродов: Ti | Ti 2+ (0,01 моль/л) || Ni 2+ (1 моль/л) | Ni .

В данном гальваническом элементе катод — Ni 2+ | Ni , а анод — Ti|Ti 2+ .

А (–) Ti | Ti 2+ || Ni 2+ | Ni (+) К

Процессы на электродах:

(–) А : Ti – 2e — = Ti 2+ ;

(+) K: Ni 2+ + 2e — = Ni.

По уравнению Нернста рассчитываем значение электродного потенциала анода.

E _Ti|Ti 2+ = E 0 _Ti|Ti 2 + + = –1,630 + = –1,689 В ;

Значение электродного потенциала катода равно величине стандартного электродного потенциала никелевого электрода, так как концентрация ионов Ni 2+ в растворе составляет 1 моль/ л .

E _Ni|Ni 2+ = E 0 _Ni|Ni 2+ = – 0,250 В ;

ЭДС = –0,250 – ( –1,689) = 1,439 В.

5. Какой из следующих процессов протекает при электролизе водного раствора NaI на графитовом аноде?

а ) Na – e — = Na + ; б ) 2I – – 2e — = I₂ ;

При электролизе водных растворов солей в нейтральной среде на аноде возможны два процесса окисления:

1. процесс окисления анионов соли (кислотного остатка) :

2. процесс электрохимического окисления молекул воды:

В данном случае на аноде при электролизе будут окисляться иодид-анионы, т.к. для электрохимического окисления воды необходима большая положительная поляризация анода.

Ответ: 2I – – 2e — = I₂

6. Какое вещество и в каком количестве выделится на катоде при электролизе раствора Hg (NO₃)₂ (анод графитовый) в течение 10 минут при силе тока 8А?

При электролизе водных растворов солей в нейтральной среде на катоде возможно протекание двух восстановительных процессов. Один из них – восстановление катионов металла:

Другой возможный процесс – восстановление водорода из молекул воды:

В данном случае на катоде будут восстанавливаться катионы ртути, т.к. этот металл входит в группу малоактивных металлов, и для его восстановления необходима меньшая отрицательная поляризация электрода, чем для восстановления водорода.

На катоде: Hg 2+ + 2e — = Hg ;

Количество выделившейся ртути, согласно законам Фарадея, равно:

Разность потенциалов

Разность потенциалов, или напряжение, – одно из основных понятий электротехники. Ее можно определить как работу электрического поля, затраченную на перенос заряда между двумя точками. Тогда на вопрос, что такое потенциал, можно ответить, что это работа по переносу единичного заряда из данной точки в бесконечность.

Как и в случае гравитационных сил, заряд, подобно телу с потенциальной энергией, имеет определенный электрический потенциал при внесении его в электрическое поле. Чем выше напряженность электрического поля, и больше величина заряда, тем выше его электрический потенциал.

Для определения напряжения существует формула:

которая связывает работу А по перемещению заряда q из одной точки в другую.

Проведя преобразование, получим:

То есть чем выше напряжение, тем большую работу электрическим полем (электричеством) надо затратить по переносу зарядов.

Данное определение позволяет понять суть мощности источника питания. Чем выше его напряжение, разность потенциалов между клеммами, тем большее количество работы он может обеспечить.

Разность потенциалов измеряется в вольтах. Для измерения напряжения созданы измерительные приборы, которые именуются вольтметрами. Они основаны на принципах электродинамики. Ток, проходя по проволочной рамке вольтметра, под действием измеряемого напряжения создает электромагнитное поле. Рамка находится между полюсами магнитов.

Взаимодействие полей рамки и магнита заставляет последнюю отклониться на некоторый угол. Большая разность потенциалов создает больший ток, в результате угол отклонения увеличивается. Шкала прибора пропорциональна углу отклонения рамки, то есть разности потенциалов и проградуирована в вольтах.

Вольтметр

В руках современного электрика имеются не только стрелочные, но и цифровые измерительные приборы, которые не только измеряют электрический потенциал в определенной точке схемы, но и другие величины, характеризующие электрическую цепь. Напряжения в точках измеряются по отношению к другим, которым условно присваивают значение нуля. Тогда измеренное значение между нулевым и потенциальным выводами даст искомое напряжение.

Сказанное выше относится к напряжению как разности потенциалов между двумя зарядами. В электротехнике эта разность измеряется на участке цепи при протекании по нему тока. В случае переменного тока, то есть изменяющего во времени амплитуду и полярность, напряжение в цепи изменяется по такому же закону. Это справедливо только при наличии в схеме активных сопротивлений. Реактивные элементы в цепи переменного тока вызывают сдвиг фазы относительно протекающего тока.

дальнейшее чтение

На английском

• Зумдал, Стивен С., Зумдал, Сьюзен А. (2000) Химия (5-е изд.), Houghton Mifflin Company. ISBN 0-395-98583-8
• Аткинс, Питер, Джонс, Лоретта (2005) Химические принципы (3-е изд.), WH Freeman and Company. ISBN 0-7167-5701-X
• Zu, Y, Couture, MM, Kolling, DR, Crofts, AR, Eltis, LD, Fee, JA, Hirst, J (2003) Biochemistry , 42, 12400-12408
• Шаттлворт, SJ (1820) Электрохимия (50-е изд.), Harper Collins.

На испанском

• Крышка. X: Основы электрохимии. В: Количественная химия. Гленн Браун. От редакции, 1977. ISBN 8429170804 Pág. 272
• Крышка. 13: Электрохимические батареи. В: Физическая химия, Том 1. Артур В. Адамсон. От редакции, 1979. ISBN 429170197 Стр. 665

Вычисление стандартных электродных потенциалов

Электродный потенциал не может быть получен эмпирически.

Потенциал гальванической ячейки вытекает из «пары» электродов. Таким образом, невозможно определить величину для каждого электрода в паре, используя эмпирически полученный потенциал гальванической ячейки. Для этого установлен водородный электрод, для которого этот потенциал точно определён и равен 0,00 В, и любой электрод, для которого электронный потенциал ещё неизвестен, может быть соотнесён со стандартным водородным электродом с образованием гальванической ячейки — и в этом случае потенциал гальванической ячейки даёт потенциал неизвестного электрода.

Так как электродные потенциалы традиционно определяют как восстановительные потенциалы, знак окисляющегося металлического электрода должен быть изменён на противоположный при подсчёте общего потенциала ячейки. Также нужно иметь в виду, что потенциалы не зависят от количества передаваемых электронов в полуреакциях (даже если оно различно), так как они рассчитаны на 1 моль переданных электронов. Отсюда при расчёте какого-либо электродного потенциала на основании двух других следует проявлять внимательность.

Fe3++ 3e−→ Fe(тв) −0.036 В

Fe2++ 2e−→ Fe(тв) −0.44 В

Для получения третьего уравнения:

следует умножить потенциал первого уравнения на 3, перевернуть второе уравнение(поменять знак) и умножить его потенциал на 2. Сложение этих двух потенциалов даст стандартный потенциал третьего уравнения.

Основные типы электродов и расчет их потенциала

В зависимости от природы электродной реакции различают следующие типы электродов.

1) Электроды I рода – представляют собой металл или неметалл, погруженный в раствор, содержащий его ионы.

Металлические электроды I рода схематически можно записать:

В основе работы электрода I рода лежит реакция:

Применим уравнение Нернста (192) для расчета потенциала электрода:

В электрохимии стандартные состояния выбирают таким образом, что активность нейтральных металлов

Потенциал металлического электрода I рода определяется термодинамической активностью ионов данного металла в растворе, поэтому электроды I рода обратимы относительно катиона. К металлическим электродам I рода относят цинковый, медный электроды и т.д.

2) Электроды II рода – представляют собой металлическую пластину, покрытую слоем малорастворимой соли данного металла и погруженную в раствор, содержащий анионы малорастворимой соли:

В основе работы электрода II рода лежит реакция:

Применяя уравнение Нернста с учетом выбранного стандартного состояния, получаем:

Как видно, потенциалопределяющими ионами являются анионы малорастворимой соли, поэтому электроды II обратимы относительно аниона. Электроды II рода характеризуются хорошей воспроизводимостью и на практике часто применяются в качестве электродов сравнения, в частности, при измерении

3) Газовые электроды – электроды, состоящие из инертного металла (обычно платины), контактирующего одновременно с газом и раствором, содержащим ионы газообразного вещества.

Например, водородный электрод, представляет собой платиновую пластинку, покрытую слоем электролитической платины (для обеспечения достаточной площади контакта) и погруженную в раствор, содержащий ионы водорода, при этом через раствор непрерывно под давлением пропускают газ, содержащий молекулярный водород. Платина способна адсорбировать молекулярный водород.

В основе работы водородного электрода лежит реакция:

Применим уравнение Нернста

Термодинамическая активность молекулярного водорода определяется уравнением:

Как видим, потенциал водородного электрода определяется как активностью ионов водорода, так и парциальным давлением водорода.

стандартным

Потенциалы всех остальных электродов определяют по водородному.

4) Окислительно-восстановительные электроды (электроды III рода) – представляют собой пластину из инертного металла (например, платины), погруженную в раствор, содержащий окисленные и восстановленные формы веществ (ионов или молекул).

Уравнение для расчета потенциала электрода имеет вид:

5) Стеклянный электродпредставляет собой сосуд из тонкого стекла, обладающего повышенной электропроводностью, заполненный раствором, содержащим ионы водорода (соляная кислота), в который погружен электрод чаще II рода (обычно хлорсеребряный электрод).

В результате обмена ионов

Стеклянный электрод широко используют при измерении

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Увлечёшься девушкой-вырастут хвосты, займёшься учебой-вырастут рога 9987 —

188.64.169.166 studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock! и обновите страницу (F5)очень нужно

1.4 Расчет электродного потенциала. Уравнение Нернста

В результате изучения потенциалов различных электродных процессов установлено, что их величины зависят от следующих факторов:

1) от природы веществ – участников электродного процесса;

2) от соотношения между концентрациями этих веществ;

3) от температуры системы.

Значения электродных потенциалов рассчитывают по уравнению Нернста:

Или для металлического электрода

где n – число электронов, теряемых атомом металла при образовании катиона;

Для обычной при электрохимических измерениях стандартной температуры (Т = 25ºС или 298 К), при подстановке значений постоянных величин уравнение принимает вид:

Потенциометры

Напряжение источников питания, в особенности автономных, таких как аккумуляторы, химические источники, солнечные и тепловые батареи, является постоянным и не поддается регулировке. Для получения меньших значений используются, в простейшем случае, потенциометрические делители напряжения с использованием трехвыводного переменного резистора (потенциометра). Как работает потенциометр? Переменный резистор представляет собой резистивный элемент с двумя выводами, по которому может перемещаться контактный ползунок с третьим выводом.

Потенциометр-реостат

Переменный резистор может включаться двумя способами:

• Реостатным;
• Потенциометром.

В первом случае у переменного резистора используются два вывода: один – основной, другой – с ползунка. Перемещая ползунок по телу резистора, изменяют сопротивление. Включив реостат в цепь электрического тока последовательно с источником напряжения, можно регулировать ток в цепи.

Реостатное включение

Включение потенциометром требует использования всех трех выводов. Основные выводы подключаются параллельно источнику питания, а пониженное напряжение снимается с ползунка и одного из выводов.

Принцип действия потенциометра заключается в следующем. Через резистор, подключенный к источнику питания, проходит ток, который создает падение напряжения между ползунком и крайними выводами. Чем меньше сопротивление между ползунком и выводом, тем меньше напряжение. Данная схема имеет недостаток, она сильно нагружает источник питания, поскольку для корректной и точной регулировки требуется, чтобы сопротивление переменного резистора было в несколько раз меньше сопротивления нагрузки.

Потенциометрическое включение

Обратите внимание! Название «потенциометр» в данном случае не совсем корректно, поскольку из названия следует, что это устройство для измерения, но так как по принципу действия оно схоже с современным переменным резистором, то это название за ним прочно закрепилось, особенно в любительской среде. Многие понятия в физике схожи и могут служить примером друг другу

Это справедливо и для такого понятия, как потенциал, который может быть как механической величиной, так и электрической. Сам по себе потенциал измерить невозможно, поэтому речь идет о разности, когда один из двух зарядов принимается за точку отсчета – нуль или заземление, как принято в электротехнике

Многие понятия в физике схожи и могут служить примером друг другу. Это справедливо и для такого понятия, как потенциал, который может быть как механической величиной, так и электрической. Сам по себе потенциал измерить невозможно, поэтому речь идет о разности, когда один из двух зарядов принимается за точку отсчета – нуль или заземление, как принято в электротехнике.

Что такое потенциал одного электрода?

Потенциал одного электрода — это потенциал полуячейки электрохимической ячейки. Электрохимическая ячейка состоит из двух половинных ячеек. Обычно каждая полуячейка представляет собой металлический электрод. Эти металлы выделяют свои ионы в электролит (раствор, в который погружены электроды) при обрыве цепи. Следовательно, этот электрод может создавать вокруг себя электрический потенциал. Таким образом, это то, что мы называем потенциалом одного электрода.

Например, в ячейке Дэниела анодом является цинк, а катодом — медь. Здесь анод развивает отрицательный заряд, а катод — положительный. Эти заряды по отдельности определяют потенциал одного электрода этих электродов. Более того, есть три фактора, от которых зависит этот потенциал; концентрация ионов в растворе, склонность к образованию ионов и температура.

внешняя ссылка

На английском

• Стандартный водородный потенциал
• Окислительно-восстановительные равновесия
• Химия батарей
• Электрохимические ячейки

На испанском

• Электроды сравнения. Наука для всех. Латиноамериканский институт образовательных коммуникаций. Мексика.
• электрохимические ячейки. Физико-химические методы в окружающей среде. UNED.
• Термодинамические принципы электрохимических ячеек. Электронная библиотека Чилийского университета.
• Электрохимия и коррозия. Университет Ольгина «Оскар Лусеро Мойя».

• Проекты Викимедиа
• Данные: Q368639
• Онтологии
• Номер ИЭВ: 114-02-13

Гальванический потенциал в зависимости от электрохимического потенциала

Основные статьи: Гальванический потенциал, Электрохимический потенциал, и Уровень Ферми

Внутри металлов (и других твердых тел и жидкостей) энергия электрона зависит не только от электрического потенциала, но и от конкретной атомной среды, в которой он находится. вольтметр соединен между двумя разными типами металла, он измеряет не разность электрических потенциалов, а вместо этого разность потенциалов, скорректированную для различных атомных сред. Величина, измеренная вольтметром, называется электрохимический потенциал или уровень ферми, а чистый нескорректированный электрический потенциал V

иногда называют Гальванический потенциал ϕ < displaystyle phi>. Термины «напряжение» и «электрический потенциал» немного двусмысленны, поскольку на практике они могут относиться клибо из них в разных контекстах.

Таблица нормальных восстановительных потенциалов

Основная статья: Приложение: Таблица восстановительных потенциалов

Поскольку значения электродных потенциалов указывают на способность к восстановлению, которой обладает указанный электрод, чем больше восстановительный потенциал электрода, тем легче он будет восстанавливаться, другими словами, что он является лучшим окислителем . Например, фтор фторидный электрод F ₂ /F — имеет восстановительный потенциал 2,87 В, а литиевый электрод Li + /Li имеет значение -3,05 В. Фтор легко восстанавливается и поэтому является хороший окислитель. . Напротив, твердый литий Li(s) предпочитает подвергаться окислению (поэтому он является хорошим восстановителем ). Таким образом, ион цинка , Zn 2+ , стандартный восстановительный потенциал которого составляет -0,76 В, может быть окислен любым другим электродом, стандартный восстановительный потенциал которого больше -0,76 В (например, H + (0 В), Cu 2 + (0,16 В) или F ₂ ( 2,87 В)); и может быть восстановлен любым электродом со стандартным восстановительным потенциалом менее -0,76 В (например, H ₂ (-2,23 В), Na + (-2,71 В) или Li + (-3, 05 В)).

В гальваническом элементе, когда электрический ток возникает в результате спонтанной окислительно-восстановительной реакции , свободная энергия Гиббса должна быть отрицательной в соответствии со следующим уравнением:
Δ г То <\ displaystyle \ Delta G ^ <\ rm >>

где – число молей электронов на моль продуктов , – постоянная Фарадея,

96485 Кл/моль. Таким образом, будут применяться следующие правила:
н <\ Displaystyle п>Ф

• Если , то процесс самопроизвольный (гальванический элемент или батарея) Е с е ´ л ты л а То > <\ displaystyle E _ <\ rm > кальмар>> ^ <\ rm >> 0>
• Если , то процесс НЕ самопроизвольный (электролитическая ячейка) Е с е ´ л ты л а То < <\ displaystyle E _ <\ rm > кальмар>> ^ <\ rm > <0>

Таким образом, для возникновения самопроизвольной реакции ( ) должно быть верно, что , где:
Δ г То < <\ Displaystyle \ Дельта G ^ <\ тт <о>> <0> Е с е ´ л То > <\ displaystyle E _ <\ rm > l>> ^ <\ rm >> 0>

где — стандартный потенциал анода (знак значения стандартного восстановительного потенциала для этого электрода перевернут и, следовательно, перед ним стоит знак минус) и — стандартный потенциал катода, как показано в таблице или таблица потенциалов стандартного электрода.
Ea´nodoo<\displaystyle E_<\rm <<\acute >nodo>>^<\rm >>Eca´todoo<\displaystyle E_<\rm todo>>^<\rm >>