лекція 16

Ключові слова: електродний потенціал, гальванічний елемент, електрохімічні ланцюга, стандартний водневий електрод, електродний потенціал металу, ряд стандартних електродних потенціалів

У разі якщо металеву пластинку (електрод) опустити в воду, то катіони металу на її поверхні гидратируются молекулами води і переходять в рідину. При цьому електрони, що залишаються в металі, заряджають його поверхню негативно. У підсумку встановиться рівновага між катіонами і поверхнею металу:

Ме 0 - n # 275; + M H2 O Ме n + m H2 O (1),

де n - число віддаються електронів. На кордоні метал - рідина виникає подвійний електричний шар. характеризується определ ?? енним стрибком потенціалу - електродним потенціалом. Кожен метал має при рівновазі определ ?? енним електродним потенціалом.

При зануренні металів в розчин їх солей знак заряду металевої пластинки залежить від природи металу. У разі якщо метал є активним (наприклад, Zn в розчині ZnSO4), то рівновага оборотної реакції зміщена в прямому напрямку, ᴛ.ᴇ. в сторону окислення. Виникає електродний потенціал має знак''мінус''. Для малоактивного металу (наприклад, Cu в розчині CuSO4) рівновага реакції зміщена в зворотному напрямку, ᴛ.ᴇ. в сторону відновлення. Виникає потенціал має знак''плюс''. У разі якщо видаляти з металу надлишкові електрони, то рівновага (1) буде зміщений вправо. Такі умови створюються в гальванічних елементах. Гальванічний елемент (ГЕ) - це прилад, в якому хімічна енергія окисно-відновної реакції перетворюється в електричну. Візьмемо дві посудини. В один з них, що містить розчин ZnSO4 опустимо цинковий електрод, в інший, що містить розчин CuSO4 - мідний електрод. Стан рівноваги для обох електродів виражається рівнянням:

Zn Zn 2+ + 2 # 275; (2); Cu Cu 2+ + 2 # 275; (3).

Здатність віддавати іони в розчин у Zn більше, ніж у Cu, в зв'язку з цим концентрація електронів на цинковій електроді більше. У разі якщо з'єднати електроди зовнішнім провідником, а розчини солей електролітичним містком, то електрони з цинку будуть переходити на мідь. Цей перехід порушить рівновагу (2) і (3). Процеси, що відбуваються виражаються рівняннями:

Zn 0 - 2 # 275; → Zn 2+ - процес окислення (протікає на аноді);

Cu 2+ + 2 # 275; → Cu 0 - процес відновлення (протікає на катоді).

Анодом є метал з більш низьким значенням електродного потенціалу.

Сумарно: Zn 0 + Cu 2+ → Zn 2+ + Cu 0

Електрорушійна сила (ЕРС) ГЕ дорівнює різниці електродних потенціалів між катодом і анодом.

Електрохімічний ланцюг для мідно-цинкового елемента має вигляд:

(-) Zn # 9474; Zn 2+ # 9553; Cu 2+ # 9474; Cu (+)

Так як методів прямого вимірювання електродних потенціалів не існує, то можливо тільки вимір ЕРС ГЕ і обчислення невідомого потенціалу за відомим. З цієї причини визначають відносні електродні потенціали в определ ?? енних умовах - стандартні електродні потенціали (# 966; 0). За нульовий потенціал прийнятий потенціал стандартного водневого електрода. представляє собою платинову пластину, опущену в розчин з [H +] = 1 моль / л при T = 298 K (25 o C) і стандартному тиску H2 (P = 1,01 × 10 5 Па (1атм)). Процеси, що відбуваються на водневому і металевому електродах описуються рівняннями:

Обумовлена ​​в вольтах різниця потенціалів і є відносний електродний потенціал металу.

Стандартним електродним потенціалом металу називають його електродний потенціал, що виникає при зануренні металу в розчин власного іона з концентрацією 1 [моль / л] і при T = 298 K (t = 25 o C), який вимірюється в порівнянні зі стандартним водневим електродом.

Маючи в своєму розпорядженні метали в ряд у міру зростання їх стандартних електроднихпотенціалов (# 966; o Меn + / Me), отримуємо так називаемийряд стандартних електродних потенціалів. Положення металу в ряду стандартних електродних потенціалів характеризує його відновну здатність, а також окисні властивості його іонів у водних розчинах. Чим менше значення # 966; o Меn + / Me. тим більше відновна здатність металу і тим менше окислювальна здатність його іонів.

Висновки по ряду стандартних електродних потенціалів:

1. Кожен метал здатний витіснити з розчинів солей ті метали, які стоять після нього в ряду стандартних електродних потенціалів, ᴛ.ᴇ. мають велику алгебраїчну величину стандартного потенціалу.

2. Водень повинна бути витіснений з розведеного розчину H2 SO4 і HCl тими металами, які мають стандартні потенціали зі знаком мінус.

1. Основні поняття: електродний потенціал, стандартний водневий електрод, електродний потенціал металу.

2. Гальванічний елемент, анод і катод, процеси на електродах.

3. Ряд стандартних електродних потенціалів металів, висновки з нього.

2. Коровін Н.В. Загальна хімія. Підручник для техніч. направ. і спец. вузів / Ізд.7-е испр.