Принцип работы гальванических элементов ( на примере элемента Даниэля – Якоби). Анод и катод. Токообразующая реакция. Электродвижущая сила гальванического элемента.

Гальванический элемент-устройство,которым энергия самопроизвольно протекающей ОВР превращается в электрическую энергию,такие устройства также называют химическими источниками тока.

ДАНИЕЛЯ-ЯКОБИ ЭЛЕМЕНТ

медно-цинковый гальванический элемент. Состоит из Си и Znэлектродов, к-рые погружены в р-ры CuSO4 и ZnSO4 соотв., разделенные пористой перегородкой: Источником электрич. энергии служит своб. энергия хим. р-ции Zn + + CuSO4->ZnSO4 + Си. Эдс элемента складывается из разницы потенциалов электродов, а также диффузионногопотенциала на границе ; при 25.

Ано́д — электрод некоторого прибора, присоединённый к положительному полюсу источника питания.

Катод — электрод некоторого прибора, присоединённый к отрицательному полюсу источника тока.

Токообразующая реакция протекает на поверхности раздела электрод-электролит, поэтому разрядный ток аккумулятора в первую очередь определяется величиной этой поверхности раздела.

Результатом токообразующей реакции является растворение анодного металла с образованием положительно заряженных ионов.

Максимальная разность потенциалов электродов, которая может быть получена при работе гальванического элемента, называется электродвижущей силой (ЭДС) элемента.

ЭДС любого гальванического элемента возникает за счет протекания в нем электрохимической реакции или за счет изменения активности ионов в растворе вблизи электрода

Стандартный водородный электрод. Стандартный электродный потенциал. Ряд стандартных электронных потенциалов металлов. Зависимость электронного потенциала от концентрации ионов и от температуры. Уравнение Нернста.

Стандартный водоро́дный электро́д — электрод, использующийся в качестве электрода сравнения при различных электрохимических измерениях и в гальванических элементах. Водородный электрод (ВЭ) представляет собой пластинку или проволоку из металла, хорошо поглощающего газообразный водород (обычно используютплатину или палладий), насыщенную водородом (при атмосферном давлении) и погруженную в водный раствор, содержащий ионы водорода. Потенциал пластины зависит от концентрации ионов Н+ в растворе. Электрод является эталоном, относительно которого ведется отсчет электродного потенциала определяемой химической реакции. При сборке гальванического элемента из ВЭ и определяемого электрода, на поверхности платины обратимо протекает реакция:

2Н⁺ + 2e⁻ = H₂

В электрохимии стандартный электродный потенциал, обозначаемый E^o, E0, или Eθ, является мерой индивидуального потенциала обратимого электрода (в равновесии) в стандартном состоянии, которое осуществляется в растворах при эффективной концентрации в 1 моль/кг и в газах при давлении в 1 атмосферу или 100 кПа.

Стандартные электродные потенциалы металлов указывают на меру окислительно-восстановительной способности металла и его ионов. Металлы в виде простых веществ – восстановители, ионы металлов – окислители.Чем наиболее отрицателен электродный потенциал, тем выше способность металла посылать ионы в раствор и тем сильнее проявляет себя металл как восстановитель (например, Li, Na, K). И наоборот, чем наиболее положителен потенциал металлического электрода, тем большей окислительной способностью обладают его ионы. Активные металлы начала ряда, а также щелочные и щелочноземельные вытесняют водород из воды. Металлы, расположенные между магнием и кадмием, обычно не вытесняют водород из воды. На поверхности этих металлов образуются оксидные пленки, обладающие защитным действием. Если электродный потенциал металла имеет положительный знак, то металл является окислителем по отношению к водороду и не вытесняет его из растворов кислот с концентрацией ионов водорода 1 моль/л.

Металлы способны вытеснять друг друга из растворов солей. Направление реакции определяется при этом их взаимным положением в ряду напряжений.

Уравнение Нернста

Потенциал металлического электрода зависит от природы металла, концентрации (активности) ионов металла в растворе, температуры.

Если условия отличаются от стандартных, например, если концентрация ионов металла в растворе не равна 1 моль/л, то электродный потенциал металла не является стандартным и его либо определяют экспериментально, либо вычисляют.

Для вычисления электродного потенциала в нестандартных условиях применяют уравнение Нернста:

38)