Електродний потенціал - Електрохімічні методи аналізу, електродний потенціал

Якщо занурити металеву пластинку у чисту воду, то йони, які містяться у вузлах кристалічної решітки металу, будуть гідратуватись полярними молекулами води, відокремлюватися від поверхні металу і переходити в розчин. На металевій пластинці залишається надлишок електронів, які надають її поверхні негативного заряду. Позитивно заряджені гідратовані йони, які перейшли у розчин під дією сил електростатичного притягання, залишаються безпосередньо біля поверхні металевої пластинки і утворюють так званий Подвійний електричний шар (рис. 1).

схема виникнення подвійного електричного шару

Рис.1. Схема виникнення подвійного електричного шару

Між металевою пластинкою і розчином виникає стрибок потенціалу, який називають Електродним потенціалом, А систему, що складається з металевої пластинки і розчину електроліту, - Електродом.

Одночасно з переходом йонів з металевої пластинки в розчин відбувається і зворотний процес - перехід дегідратованих йонів з розчину на металеву пластинку.

Якщо енергія кристалічної решітки металу більша, ніж енергія сольватації (гідратації) цих йонів у розчині, то метал заряджається позитивно, тобто йони переходять з розчину у метал. Якщо же енергія сольватації йонів більша, ніж енергія кристалічної решітки, то йони переходять у розчин и металічна пластинка заряджається негативно. Заряджена пластинка металу притягує до себе з розчину протилежно заряджені йони, які координуються поблизу поверхні електрода. В результаті на межі метал - розчин виникає подвійний електричний шар. На найближчій відстані від металевої пластинки, що дорівнює радіусу гідратованого йона, розміщена тільки частина йонів (адсорбційний шар), останні розподіляються в розчині дифузно (дифузний шар), тобто їх концентрація поступово зменшується при віддаленні від поверхні металу.

Рівноважний стан різниці потенціалів на межі поділу фаз метал - розчин називають Електродним потенціалом. Він обмежує процес подальшого переміщення йонів з металу або на метал, у зв'язку з чим кожному металу і певній концентрації його солі відповідає той чи інший потенціал. Величина електродного потенціалу залежить від природи металу та активності його йонів у розчині, її обчислюють за формулою:

Ц = ц0 + (MeN+)

Де ц0 - стандартний електродний потенціал;

R - універсальна газова стала;

Т - температура, за якої відбувається реакція;

N - кількість електронів, що втрачає а том металу;

F - стала Фарадея;

А (МеN+) - активність йонів металу в розчині.

Це рівняння називають Рівнянням Нернста. Якщо в нього підставити значення сталих величин (R = 8,314 Дж/моль-К; F = 9,65-104 Кл/моль), то для досить розбавлених розчинів за температури 298 К матимемо:

Ц = ц0 + (Меn+)

Гальванічний електродний потенціал водневий

Стандартний електродний потенціал - це електродний потенціал, який виникає при зануренні металевої пластинки в розчин, в якому активність йонів металу дорівнює 1 кмоль/м3.

Значення стандартних електродних потенціалів наведені в табл. 1.

Таким чином, величина електродного потенціалу залежить від температури, природи металу, активності йонів у розчині та природи розчинника. Із рівняння Нернста слідує, що при активності йонів, що дорівнює одиниці, величина електродного потенціалу дорівнює стандартному потенціалу. Величина стандартного потенціалу залежить тільки від природи електрода.

Стандартні електродні потенціали визначають за умовною шкалою, точкою відліку в якій є стандартний водневий електрод. Його потенціал умовно прийнятий рівним нулю.

Стандартний водневий електрод (рис. 3) - це платинова пластинка, занурена в розчин сульфатної кислоти з активністю йонів Н3О+ рівною, за температури 298 К, 1 моль/л. Платинову пластинку, покриту губчастою платиною, насичують воднем під тиском 101,3 кПа. Схематично стандартний водневий електрод записують так:

(Pt) Н2 | 2Н3О+

На його електроді відбувається реакція:

2Н3О+ + 2е? Н2 + 2Н2O.

Таблиця 1. Стандартні электродні потенциали при 298 К

Електрод

Е0, В

Електрод

Е0, В

Li+¦Li

K+¦K

Na+¦Na

Mg2+¦Mg

Al3+¦Al

Zn2+¦Zn

Fe2+¦Fe

Cd2+¦Cd

Pb, PbSO4¦SO42-

Co2+¦Co

Ni2+¦Ni

Ag, Agl¦I-

Sn2+¦Sn

Pb2+¦Pb
    -3,024 -2,924 -2,714 -2,37 -1,66 -0,761 -0,441 -0,402 -0,350 -0,283 -0,236 -0,151 -0,140 -0,126

Pt(H2)¦H+

Ag, AgBr¦Br-

Ag, AgCl¦KCl (нас.)

Hg, Hg2Cl2¦KCl(нас.)

Cu2+¦Cu

Pt(O2)¦OH-

Pt¦I2,I-

Ag+¦Ag

Hg22+¦Hg

Pt¦Br2,Br

Pt (Cl2)¦Cl-

Au3+¦Au

Au+¦Au
    0,000 0,073 0,2225 0,248 0,339 0,401 0,535 0,799 0,799 1,065 1,358 1,50 1,70
стандартний водневий електрод

Рис.2. Стандартний водневий електрод

Рівняння Нернста для водневого електрода за стандартних умов має такий вигляд:

ЦВодн = ц0Водн + 0,059 lg (H3O+)

Враховуючи, що ц0водн дорівнює нулю (табл. 1), остаточно одержуємо:

ЦВодн = 0,059 lg (H3O+) = 0,059 рН

Похожие статьи




Електродний потенціал - Електрохімічні методи аналізу, електродний потенціал

Предыдущая | Следующая