потенціалом. Абсолютне значення електродного потенціалу виміряти неможливо. Тому електродні потенціали визначають щодо стандартного водневого електрода, потенціал якого умовно прийнятий за нуль.
Різниця потенціалів між металом, зануреним у розчин своєї солі з концентрацією іонів металу 1 моль/л, і стандартним водневим електродом називається стандартним електродним потенціалом металу. Позначається j 0, вимірюється в вольтах (В). Значення деяких стандартних електродних потенціалів наведені в табл. Б.4.
Розташовані в порядку збільшення стандартного електродного потенціалу метали утворюють ряд напруг металів. Положення металу в ряді напруг визначає відносну окислювально-відновну здатність металу і його іонів. Чим менше значення має електродний потенціал металу, тим більш сильним відновником він є. Чим більше потенціал металевого електрода, тим більш високою окисної здатністю володіють його іони. Кожен метал здатний витісняти з розчинів солей тільки ті метали, які мають більше значення електродного потенціалу - більш активний метал заміщає менш активний.
Послідовність металів у ряді напруг зберігається тільки для стандартної температури (25 ° С) і концентрації іонів металу в розчині 1 моль/л. При інших концентраціях електроліту електродний потенціал розраховується по рівнянню Нернста:
j=j ° + lg C,
де j °? електродний потенціал, n - число електронів, що у електродної реакції; C - концентрація іонів металу в розчині, моль/л.
Якщо два електроди, занурені в розчини електролітів, з'єднати металевим провідником, утворюється гальванічний елемент. Гальванічними елементами називають пристрої, в яких хімічна енергія окислювально-відновних процесів перетворюється в електричну енергію.
Так, реакція CuSO4 + Zn=Cu + ZnSO4 в електрохімічному варіанті є основою гальванічного елемента Даніеля - Якобі, схема якого
(-) Zn | ZnSO4 || CuSO4 | Cu (+)
відображає систему позначень для гальванічних елементів. Зліва записується анод Zn | Zn2 + - електрод, що має менше значення електродного потенціалу, негативний полюс (-), на ньому протікає процес окислення - анодна реакція: Zn - 2? =Zn2 +. Праворуч - катод Cu2 + | Cu - електрод, що має більше значення електродного потенціалу, позитивний полюс (+), на ньому протікає процес відновлення - катодна реакція: Cu 2+ + 2? =Cu. Одна вертикальна риса зображує фазовий розділ між металом і розчином електроліту. Подвійна вертикальна лінія відокремлює анодна і катодного простір.
Сумарна реакція, що протікає в гальванічному елементі, називається токообразующей. У разі елемента Даніеля - Якобі токообразующая реакція має вигляд
+ + Zn=Cu + Zn2 +.
Максимальна різниця потенціалів електродів, яка може бути отримана при роботі гальванічного елемента, називається електрорушійної силою (ЕРС). Позначається E, вимірюється в вольтах. ЕРС елемента дорівнює різниці потенціалів катода і анода:
=j к - j а.
Стандартна ЕРС дорівнює різниці стандартних електродних потенціалів катода і анода: E °=j ° до- j ° а Так, для елемента Даніеля - Якобі стандартна ЕРС дорівнює E °=j ° Сu2 +/Cu - j ° Zn2 +/Zn=+0,337 - (- 0,763)=+1,100 В.
Окислювально-відновна реакція, що характеризує роботу гальванічного елемента, протікає в напрямі, в якому ЕРС має позитивне значення. У цьому випадку D G ° Х.Р. lt; 0, так як енергія Гіббса хімічної реакції і ЕРС пов'язані співвідношенням
D G °=- nE ° F,
де n - число електронів, що у електродної реакції; F - постійна Фарадея, рівна 96500 Кл; E ° - стандартна ЕРС.
Гальванічний елемент, що складається з двох електродів одного і того ж металу, занурених у розчини його солі різної концентрації, являє собою концентраційний елемент. У цьому випадку електрод, занурений у розчин електроліту з меншою концентрацією іонів металу, буде анодом. В якості катода виступатиме електрод, опущений в електроліт з більшою концентрацією іонів металу.
Приклад 12.1. Визначити ЕРС концентраційного срібного елемента з концентраціями іонів срібла, рівними 10-1 моль/л у одного електрода і
- 4 моль/л в іншого при 298 К.
Рішення. Схема такого гальванічного елемента Ag? Ag + || Ag +? Ag. За рівняння Нернста розраховуємо потенціали двох срібних електродів.
Для першого електрода
j Ag +/Ag=j ° Ag +/Ag + 0,059 lg10-1=0,799 + 0,059? (- 1)=0,74 В.
Для другого електрода
j Ag +/Ag=j ° Ag +/Ag + 0,...
