Измерение электродного потенциала
В настоящее время нет методов по измерению абсолютного значения потенциала отдельного электрода, но может быть определена условная количественная величина электродного потенциала по отношению к какому-либо другому электроду, который выбран в качестве электрода сравнения. В качестве электрода сравнения был выбран и используется сейчас стандартный водородный электрод. Такой электрод содержит платиновую фольгу, погруженную в раствор, содержащий ионы водорода и который постоянно омывается газообразным водородом. Газообразный водород имеет давление 1 aтмосфера и активность ионов водорода в растворе равна 1 (, (упрощенно- когда концентрация = 1). Следующая реакция происходит на водородном электроде: H2 Û H+ + e 1-раствор, содержащий Н+ -ионы (aH+ =1), 2- электролитический ключ (солевой мостик), 3-электрод, потенциал которого измеряется, 4- электролитический ключ (трубка с раствором электролита)
Электродный потенциал равен ЭДС гальванического элемента, который состоит из данного электрода и стандартного водородного электрода Если правильно его использовать, водородный электрод может давать очень точные результаты, воспроизводимые до 0.00001В. Но его большая чувствительность (зависимость) к внешним условиям сильно препятствует его использованию, поэтому другой более стабильный электрод с точно известным электродным потенциалом используется в качестве сравнения вместо водородного электрода. Один из таких наиболее распространенных - хлор-серебрянный электрод, который представляет собой серебряную проволочку, покрытую AgCl и погруженную в раствор KCl (чаще всего - насыщенный).
1- серебряная проволочка, 2 - хлорид серебра, 3 - раствор KCl, 4 - электролитический ключ (капилляр, заполненный пористым инертным веществом, пропитанный раствором KCl) Гальванический элемент состоит из 2-х частей, каждая из которых содержит один электрод. Меняя одну из частей можно создавать очень разные гальванические элементы. Электродвижущая сила гальванического элемента (э.д.с.) это максимальное значение разности потенциалов между электродами: E = jc - ja E всегда ³ 0 гдe jc - потенциал катода, ja - потенциал анода. Окисление имеет место на аноде и восстановление - на катоде.
Пример записи гальванического элемента, содержащего Zn электрод в растворе ZnSO4 и Cu электрод в растворе CuSO4: Zn - 2e ® Zn2+ Cu2+ + 2e ® Cu следующий: (-) Zn çZn2+ ççCu2+ çCu (+) (-) Zn çZnSO4 ççCuSO4 çCu (+) Zn çZn2+ означает скачок потенциала на границе метал-раствор ионов металла ZnSO4 ççCuSO4 показывает диффузный скачок электродного потенциала между двумя растворами. Диффузионным потенциалом называется разность потенциалов, возникающая на поверхности раздела между 2-мя растворами, различающимися или по виду растворенного вещества ли по его концентрации. Максимальная полезная работа гальванического элемента. При обратимом проведении какой-либо реакции, проходящей при постоянной температуре и давлении получаемая от нее работа будет максимальной работой реакции А'max. Работа, совершаемая гальваническим элементом в этих условиях равна ЭДС элемента умноженная на количество прошедшего электричества. Мы будет выражать количества веществ которые подверглись превращениям в результате реакций в единицах грамм-атомов элемента (или грамм-ионов для комплексных ионов). Количество электричества, которое соответствует такому превращению (гр-ат или гр-ион) будет равным ne×F кулонов, гдe ne - заряд иона, F =96487 кулон/мoль (or Кл×мoль-1)- константа (число) Фарадея (физический смысл числа Фарадея - заряд 1грaмм-атом (или ион) вещества). A'max = W'max =-DGch.r. =ne×F×E где W'max - обозначение работы в электрохимии.
Для реакции: b×B + d×D Û q×Q + r×R -DG =R×T E = - = = Eo - ln E = Eo - ln - уравнение Нернста. Eo - ЭДС гальванического элемента в стандартных условиях когда cB = cD= cQ= cR =1
Величина Eo - называется нормальной (или стандартной) ЭДС элемента. Если взять гальванический элемент со стандартным водородным электродом тогда потенциал металлического электрода равен: j = jo + lncM гдe jo - стандартный потенциал электрода - то есть потенциал, который возникает когда активность (концентрация) ионов металла равна единице. Рассчитать электродный потенциал различных металлов в растворах их солей при различных концентрациях можно используя уравнение Нернста и значения стандартных электродных потенциалов этих металлов, которые можно найти в справочниках. Стандартные электродные потенциалы различных электродов можно расположить в так называемый ряд напряжений - электрохимический ряд активности металлов (ряд стандартных электродных потенциалов) - последовательность, в которой металлы расположены в порядке увеличения их стандартных электрохимических потенциалов φ0, отвечающих полуреакции восстановления катиона металла Men+: Men+ + nē → Me Ряд напряжений характеризует сравнительную активность металлов в окислительно-восстановительных реакциях в водных растворах. В международном союзе ЮПАК (Union Pure and Applied Chemistry) принято, что потенциал металлов, которые по отношению к стандартному водородному электроду является отрицательными, записываются со знаком "минус" перед их значением. Если металл по отношению к стандартному водородному электроду - положителен, то его значение записывается со знаком плюс.
Поляризация Поляризация - это отклонение потенциалов электрода от его равновесного значения при прохождении электрического тока. Поляризация уменьшает эдс гальванического элемента и скорость электролиза. Концентрационная поляризация происходит из-за изменения концентрации ионов вблизи поверхности электродов в результате электрохимической реакции:
Zn - 2e ® Zn2+ Cu2+ + 2e ® Cu
Концентрация Zn2+ -ионов возрастает Dj = jo + lnc'Zn - (jo + lncZn) = ln Концентрация Cu2+ -ионов уменьшается
Химическая поляризация происходит из-за изменения состояния (природы) поверхности электрода под действием продуктов электрохимической реакции (образование веществ на поверхности электрода, которые препятствуют электрохимической реакции): 2H+ + 2e ® H2 (покрывает поверхность электрода) Реакция может изменить металлический электрод на "водородный" (например, медный электрод можно "превратить" в водородный) Dj = joH2 - joCu = - 0.337 V Оба типа поляризации могут быть уменьшены различными способами, которые называются деполяризацией. Концентрационная поляризация может быть значительно уменьшена интенсивным перемешиванием раствора. Химическая поляризация может быть уменьшена добавлением веществ, которые будут реагировать с теми веществами, которые вызвали поляризацию. Например, в качестве деполяризатора для реакции, в результате которой выделяется газообразный водород, можно применить перекись водорода и снизить деполяризацию: H2 + H2O2 ® 2H2O.
Популярное: Почему стероиды повышают давление?: Основных причин три... Личность ребенка как объект и субъект в образовательной технологии: В настоящее время в России идет становление новой системы образования, ориентированного на вхождение... Почему человек чувствует себя несчастным?: Для начала определим, что такое несчастье. Несчастьем мы будем считать психологическое состояние... Генезис конфликтологии как науки в древней Греции: Для уяснения предыстории конфликтологии существенное значение имеет обращение к античной... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (1814)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |