Уравнение Нернста для электродного потенциала

электродный потенциал зависит от природы металла, активности катионов металла в растворе и температуры

работа по переносу 1 моля катионов металла из раствора на электрод рассчитывается по формуле

A = n j F,

где n - заряд катиона,

j – эдс элемента,

F – число Фарадея

работа по переносу заряда равна изменению изобарно-изотермического потенциала электрода

изменение изобарно-изотермического потенциала электрода рассчитывается по формуле

 

 

итого

уравнение Нернста для расчёта электродного потенциала

выражение              при постоянной температуре – постоянная величина, зависимая от свойств металла

уравнение Нернста принимает вид

 

 

если считать, что активность металла в твердом состоянии равна единице а _М =1,

 то уравнение Нернста принимает вид

 

 

для разбавленных растворов коэффициент активности ионов равен 1,

 поэтому активность ионов равна концентрации ионов, и уравнение Нернста принимает вид

 

 

 где n - заряд катиона,

F - число Фарадея F =96500 Кл/моль,

R – газовая постоянная R =8,31 Дж/моль×К,

T – абсолютная температура в К

 

анализ уравнения Нернста - электродный потенциал зависит от природы металла (зависит от j₀),

                                                    от концентрации катионов металла в растворе,

                                                    от температуры

 

 

376) стандартный электродный потенциал

в уравнении Нернста j₀ - стандартный электродный потенциал

стандартный электродный потенциал – потенциал металла на границе раздела металл-раствор соли металла,

                              когда активность катионов металла равна единице а _Ме ⁿ⁺ =1

стандартный электродный потенциал измеряется в стандартных условиях в цепи с электродом сравнения

стандартные условия: 1М р-р соли, Т=25°С или Т=298°К, стандартный водородный электрод сравнения

 

если металлы расположить в порядке убывания их стандартных потенциалов, образуется ряд стандартных потенциалов

        Li K Ca Na Mg Al Zn Fe Ni Sn Pb H Cu Hg Ag Pt Au

в ряду справа налево растут восстановительные св-ва металлов - способность отдавать е- и переходить в р-р

значение ряда стандартных потенциалов в том, что он характеризует хим.свойства металлов:

- взаимодействие металлов с кислотами с вытеснением водорода

- взаимодействие металлов с солями металлов с вытеснение неактивных металлов из растворов их солей

- порядок восстановления ионов при электролизе растворов солей

- скорость коррозии(скорость тем больше, чем больше разность потенциалов соприкасающихся металлов)

условие применения ряда стандартных электродных потенциалов – ОВ реакции в водных растворах:

 электрохимический ряд напряжений отражает способность атомов образовывать в р-рах гидратированные ионы,

 он зависит от соотношения энергии на разрушение кристаллической решётки,

                      энергии на ионизацию атома,

                      энергии на гидратацию иона,

 поэтому Li занимает особое место из-за большой энергии гидратации иона Li⁺

Гальванические элементы

гальванический элемент – источник электрического тока

гальванический элемент состоит из электродов с разными электродными потенциалами

электродные потенциалы зависят от природы металла-концентрации раствора соли-температуры

ПР: элемент Якоби-Даниэля, концентрационный гальванический элемент

характеристика гальванического элемента как источника электрического тока – эдс

эдс гальванического элемента - работа сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда

сторонние силы – неэлектрические силы в гальваническом элементе, которые вызывают электродные потенциалы

эдс цепи гальванического элемента рассчитывается по формуле

Е = j₁ – j₂

если учитывать диффузионный потенциал в гальваническом элементе, то эдс рассчитывается по формуле

Е = j₁ – j₂ + j_D

если учитывать контактный потенциал между контактом медного и цинкового электродов во внешней цепи,

 то эдс рассчитывается по формуле

Е = j₁ – j₂ + j_D + j_1-2

 

397)концентрационный гальванический элемент

такой элемент образован электродами из одного металла, погруженных в р-ры своих ионов разной активности

для разбавленных растворов коэффициент активности ионов равен 1,

 поэтому активность ионов равна концентрации ионов, и можно считать, что

 элемент образован электродами из одного металла, погруженных в р-ры своих солей разной концентрации

 ПР: серебряные электроды в растворах соли нитрата серебра разной концентрации

у электрода в растворе более концентрированной соли будет преобладать вход катионов металла в решетку

заряд такого электрода будет (+)

у электрода в растворе менее концентрированной соли будет преобладать выход катионов металла в раствор

заряд такого электрода будет (-)

при замыкании цепи возникнут два потока зарядов

- в проводнике внешней цепи поток е- от (-)электрода к (+)электроду

- в растворе солей поток катионов и анионов в растворах солей и по солевому мостику

потенциалы на электродах и разность потенциалов будут поддерживаться

- процессом выхода катионов металла в раствор – растворением (+)электрода

- процессом входа катионов металла в кристаллическую решетку – осаждением металла на электроде

источник электрической энергии концентрационного элемента – процесс выравнивании концентрации солей