Теоретическое введение. Гальванический элемент – химический источник тока, в котором энергия окислительно –

Гальванический элемент – химический источник тока, в котором энергия окислительно – восстановительной реакции, непосредственно преобразуется в электрическую.

Окислительно-восстановительные реакции протекают наэлектродах – системах, состоящих из металлов, погруженных в раствор или расплав электролита.

На границе «металл – раствор» в результате обмена ионами, молекулами и электронами возникает двойной электрический слой, характеризуемый скачком потенциала.

Разность потенциалов между металлом и раствором называется электродным потенциалом. На величину электродного потенциала оказывают влияние природа металла, растворителя, температура, концентрация.

Стандартным электродным потенциалом ( ) называется потенциал металла, погруженного в раствор собственной соли с концентрацией 1моль /л и измеренного относительно стандартного водородного электрода. Стандартный электродный потенциал водородного электрода принят равным нулю. Чем меньше величина стандартного электродного потенциала, тем больше восстановительная активность металлов.

Для вычисления значения электродного потенциала при концентрациях ионов металла в растворе, отличных от стандартной, при температуре 298 К пользуются уравнением Нернста:

,

где j⁰ – стандартный электродный потенциал; n – число электронов, участвующих в электродном процессе;

С - концентрация ионов металла в растворе, моль/л.

Если два электрода соединить проводником, а растворы - электролитическим ключом, то образуется гальванический элемент.

Анодом является металл с меньшим электродным потенциалом. На аноде происходит процесс окисления.

На катоде происходит процесс восстановления катионов электролита.

Электродвижущая сила (Е) гальванического элемента рассчитывается как разность потенциалов:

Е = j_катода - j_анода

Пример:в гальваническом элементе, электродами которого являются медный и цинковый, погруженные в растворы своих солей с концентрациями [Cu²⁺] = [Zn²⁺] = 1моль/л, в качестве анода будет выступать цинк, так как < . Атомы цинка будет окисляться. На катоде будет происходить восстановление ионов Cu²⁺ из раствора.

Электронные уравнения электродных процессов имеют вид:

Aнод: Zn – 2e = Zn²⁺

Kатод: Cu²⁺ +2e = Cu

ЭДС данного гальванического элемента будет равна: Е = +0,34 – (-0,763) = 1,103 В.

Схема гальванического элемента имеет вид: Zn / ZnSO₄ / / CuSO₄/ Cu

Коррозия – самопроизвольное разрушение металлов в результате взаимодействия с окружающей средой.

В зависимости от механизма протекания коррозию подразделяют на химическую и электрохимическую. Химическая коррозия протекает в газовой среде при повышенных температурах или в жидких неэлектролитах. Электрохимическая коррозия протекает в присутствии электролита. Механизм электрохимической коррозии металлов сводится к работе гальванического элемента. При этом будут окисляться участки с меньшим электродным потенциалом (анодные), а на участках с большим потенциалом (катодных) будет происходить восстановление ионов или молекул среды. В кислой среде восстанавливается ион водорода: 2Н⁺ + 2е =Н₂, а в нейтральной и щелочной средах – растворенный кислород: О₂ + 2Н₂О + 4е = 4ОН^–.

Выполнение опытов