ення атомів одного і того ж елементу.
Ці реакції характерні для речовин, що містять атоми з проміжною ступенем окислення
30. Електрохімічні процеси. Гальванічний елемент. ЕРС гальванічного елемента і його вимір
Гальванічнийелемент. ЕРС гальванічного елемента
Розглянемо найпростіший гальванічний елемент Даніеля-Якобі, що складається з двох напівелементів - цинкової і мідної пластин, поміщених в розчини сульфатів цинку і міді відповідно, які з'єднані між собою за допомогою електролітичного ключа - наприклад, смужки паперу, змоченою розчином якого-небудь електроліту. Схематично даний елемент зображується наступним чином:
Zn/Zn 2 + // Cu 2 + /Cu
На поверхні кожного з електродів має місце динамічна рівновага переходу іонів металу з електрода в розчин і назад, що характеризується потенціалом ДЕС (зарядом на електроді q). Якщо з'єднати мідний і цинковий електроди металевим провідником, негайно відбудеться перерозподіл зарядів - електрони почнуть переміщатися з електрода з більш негативним зарядом (у нашому випадку - цинкового) на електрод з більш позитивним зарядом (мідний), тобто в провіднику виникне електричний струм. Зміна величини заряду кожного з електродів порушує рівновагу - на цинковому електроді почнеться процес переходу іонів з електрода в розчин (Окислювання металу), на мідному - з розчину в електрод (відновлення металу); при цьому перебіг процесу на одному електроді обумовлює одночасне протікання протилежного процесу на іншому:
Zn o -> Zn 2 + + 2е -
Сu 2 + + 2е - -> Сu o
Електрод, на якому при роботі гальванічного елемента протікає процес окислення, називається анодом , електрод, на якому йде процес відновлення - катодом . При схематичному зображенні гальванічних елементів зліва записують анод, праворуч - катод (Стандартний водневий електрод завжди записують зліва). Сумарний окислювально-відновний процес, що відбувається в гальванічному елементі, виражається наступним рівнянням:
Сu 2 + + Zn o -> Сu o + Zn 2 +
Т.ч., гальванічний елемент можна визначити як прилад для перетворення хімічної енергії окисно-відновної реакції в електричну за рахунок просторового розділення процесів окислення і відновлення. Робота, яку може зробити електричний струм, виробляється гальванічним елементом, визначається різницею електричних потенціалів між електродами (званої зазвичай просто різницею потенціалів) ДЦ і кількістю що пройшов по ланцюгу електрики q:
(III.39)
Робота струму гальванічного елемента (і, отже, різниця потенціалів), буде максимальна при його оборотної роботі, коли процеси на електродах протікають нескінченно повільно і сила струму в ланцюзі нескінченно мала. Максимальна різниця потенціалів, що виникає при оборотної роботі гальванічного елемента, є електрорушійна сила (ЕРС) гальванічного елемента . p> Електрохімічні процеси, як і окислювально-відновні реакції (ОВР), пов'язані з зміною ступеня окислення речовин, що беруть участь у реакції. Основна відмінність ОВР від електрохімічних процесів полягає в тому, що процеси відновлення та окислення просторово розділені і перенесення електронів може бути зафіксований як деякий струм (в гальванічному елементі, при корозії) або, навпаки, електрохімічний процес може відбуватися за рахунок зовнішнього джерела струму (електроліз).
У будь-якому випадку для протікання електрохімічної реакції необхідна електрохімічна ланцюг, істотними компонентами якої є електроди і електроліт (водний або неводний).
Під електродами звичайно розуміють або власне якийсь провідник або систему, складається з провідника, зануреного в розчин електроліту. При контакті металевого провідника з розчином електроліту на його поверхні виникає якийсь заряд, за рахунок перенесення електронів, що призводить до виникнення різниці електростатичних потенціалів між електродом і перебувають з ним у контакті електролітом. Ця різниця називається електродним потенціалом.Абсолютную величину електродного потенціалу окремого електрода виміряти неможливо, тому вимірюють завжди різниця потенціалів досліджуваного електрода і деякого стандартного електрода порівняння, тобто складають електрохімічний ланцюг. В якості електродів порівняння для водних середовищ використовують хлорсрібний або оборотний водневий електрод порівняння. Останній являє собою платинованим (електрохімічним способом обложену на платинову пластину) платину, занурену в розчин кислоти (сірчаної, соляної) з активністю іонів водню рівною 1, через який продувають водень при тиску 101кПа. У системі встановлюється рівновага
H2 (г) H2 (Pt) 2H (Pt) 2H + +2 e (Pt)
Потенціал цієї рівноваги в зазначених умовах прийнятий рівним ...
