Механизм возникновения электродных потенциалов и их расчет
Ме |
раствор |
– |
– |
– |
– |
– |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
Если химический потенциал катионов металла в узлах кристаллической решетки больше чем в растворе, то часть ионов перейдет с поверхности пластины в раствор.
Ме |
раствор |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
– |
– |
– |
– |
– |
Если , то вследствие выравнивания химических потенциалов катионы из раствора будут переходить на поверхность металла и заряжать ее положительно, а у поверхности будут концентрироваться анионы. В результате так же образуется ДЭС и возникает скачок потенциала между положительно заряженной пластиной и слоем анионов.
Поставим задачу рассчитать величину потенциала электрода, в основе работы которого лежит окислительно-восстановительная реакция:
,
где Ox – окисленная форма вещества;
Red – восстановленная форма вещества;
– стехиометрические коэффициенты;
z – число электронов, принимающих участие в реакции.
Пусть в результате работы электрода произошло восстановление 1 моля вещества, тогда в соответствии с законом Фарадея была совершена электрическая работа:
,
где F – постоянная Фарадея;
Е – потенциал электрода.
Совершенная электрическая работа равна термодинамической работе обратимого электрода. С учетом того, что , а мольная энергия Гиббса – это химический потенциал получаем
.
Все ионы и молекулы, принимающие участие в электродных реакциях называются потенциалопределяющими. Выразим их химические потенциалы через термодинамические активности:
,
тогда
Решим уравнение относительно Е:
– уравнение Нернста,
где Е0 – стандартный электродный потенциал:
.
Стандартный электродный потенциал Е0 – это величина потенциала электрода в стандартном состоянии, когда термодинамические активности всех потенциалопределяющих ионов и молекул равны единице.
Абсолютные значения скачков потенциала на границе металл – раствор определить невозможно. Поэтому стандартный электродный потенциал принимается равным ЭДС гальванического элемента, состоящего из данного электрода и другого электрода, который во всех случаях один и тот же. В качестве такого электрода выбран водородный электрод с активностью ионов водорода в растворе, равной единице, а его электродный потенциал принят равным нулю. Электродный потенциал данного электрода считается положительным, если он является положительным полюсом этого элемента и наоборот. Стандартные электродные потенциалы важнейших электродов приведены в справочной литературе.
Дата добавления: 2016-06-22; просмотров: 2851;