Електродні потенціали і електрорушійні сили - студопедія

В силу того що в металів особливого типу зв'язку (металевої) в кристалічній решітці металу існує динамічна рівновага між атомами, іонами, і вільно переміщаються делокалізованних електронами: М Û М n + + n

Якщо металеву пластинку занурити в водний розчин солі того ж металу, катіони металу під дією полярних молекул води гидратируются і переходять в розчин. За рахунок цього в розчині з'являється надлишок катіонів, а в металі - електронів. Поверхневий шар металу заряджається негативно, а межує з ним шар розчину позитивно. І на межі метал - розчин виникає подвійний електричний шар, якому відповідав би деяка різниця потенціалів. У міру збільшення заряду металу (надлишку електронів) посилюється електростатичне тяжіння між катіонами в розчині і поверхнею металу і протікає протилежний процес - іони металу з розчину беруть від пластини електрони і переходять в нейтральний стан, утворюючи атоми металу, які стають частиною кристалічної решітки. Цей процес призводить до дефіциту електронів і виникнення на пластині позитивного заряду. Між металевим електродом і розчином встановлюється стан рівноваги:

(В розчині) в кристалі

Залежно від того, який з двох розглянутих процесів переважає, положенням рівноваги визначається знак і величина заряду поверхні металу. Чим активнішим є метал, тим легше його катіони будуть переходити в розчин, тим більшою мірою рівноваги зміщене вправо і тим більше буде негативний заряд на поверхні металу. У разі малоактивних металів може переважати зворотний процес - перехід катіонів металу з розчину на його поверхню, рівновагу зміщений вліво, внаслідок чого поверхня металу набуває позитивний заряд.

Таким чином, при контакті металу з розчином його солі ці дві дотичні фази набувають протилежних заряди, в результаті на поверхні розділу фаз метал - розчин утворюється подвійний електричний шар і виникає різниця потенціалів, що характеризується певним стрибком потенціалу - електродним потенціалом. Стан рівноваги визначається рівноважним електродним потенціалом, величина якого залежить від природи металу, концентрації іонів металу в розчині, температури. Виміряти або обчислити абсолютну величину електродного потенціалу неможливо. Визначають відносну величину потенціалу як різниця електродних потенціалів - електрорушійну силу (ЕРС) гальванічного елемента, складеного з досліджуваного електрода і електрода порівняння - водневого електрода.

Нормальний (стандартний) водневий електрод являє собою занурену в розчин сірчаної кислоти з концентрацією (активністю) іонів водню 1 моль / л платинову пластинку, покриту тонкодисперсної платиною, безперервно насичується воднем під тиском рівним нормальному атмосферному (1,013 × 10 5 Па) і температурі 298К ( 25 ° С). На поверхні електрода встановлюється рівновага:

2Н + + 2 Û Н2 і різниця потенціалів між електродом і розчином умовно приймають рівним нулю (j).

Електродний потенціал, що виникає при зануренні металу в розчин власного іона з концентрацією (активністю) іонів металу 1 моль / л, виміряний при стандартних умовах у порівнянні зі стандартним водневим електродом називається стандартним електродним потенціалом металу.

Стандартний потенціал позначають буквою j ° (або Е °) із зазначенням електрода, який записують наступним чином: спочатку потенціал - визначають іони, що знаходяться в розчині, а потім матеріал електрода, наприклад електродний потенціал цинку j.

Маючи в своєму розпорядженні метали в міру зростання їх стандартних електродних потенціалів отримують ряд стандартних електродних потенціалів (табл. 6).

Стандартний електродний потенціал металу кількісно характеризує його електрохімічну активність: чим більше негативний електродний потенціал, тим вище здатність металу посилати іони в розчин, тим сильніше відновні властивості металу, тим менше окислювальна здатність його іонів.

Кожен метал цього ряду, що не розкладає воду, (після магнію) витісняє (відновлює) всі наступні за ним метали з водних розчинів їх солей.

Всі метали до водню (з негативними значеннями електродних потенціалів) відновлюють водень з розбавлених кислот (за винятком азотної кислоти).

Чим далі розташовані один від одного в ряду потенціалів ніж ввозить, тим більшу електрорушійну силу матиме складений з них гальванічний елемент (при концентраціях іонів металу 1 моль / л), причому анодом (-) є більш активний метал.

Таблиця 6. Стандартні електродні потенціали j 0 металів у водних розчинах при Т = 298К