Б. Электрохимические процессы в гальваническом элементе

Электрический ток в гальваническом элементе появится лишь при условии, что разность потенциалов электродов ∆φ ≠ 0. При этом, электрод, на котором происходит окисление, называется анодом, его потенциал обозначается как φ_Red или φ_А, при окислении на электроде создаётся избыток электронов, поэтому анод заряжен отрицательно.

Cхема электродного процесса:

A(–): Ме⁰ – Nē = Meⁿ⁺, φ_Meⁿ⁺|_Me⁰ = φ_Red. (12)

Электрод, на котором происходит процесс восстановления, называется катодом, его потенциал обозначается φ_Ох или φ_К (восстанавливается всегда окислитель). В результате процесса восстановления на катоде возникает дефицит электронов, поэтому катод заряжен положительно. Cхема электродного процесса на катоде:

K(+): Meⁿ⁺ + Nē = Me⁰, φ_Meⁿ⁺|_Me⁰ = φ_Ox. (13)

Движение электронов под действием градиента потенциала осуществляется по направлению от анода к катоду, чем больше разность потенциалов ∆φ, тем выше сила тока, т.е. тем бóльшую работу по перемещению электрического заряда совершает система. Разность потенциалов ∆φ называется электродвижущей силой гальванического элемента, сокращенно ЭДС, обозначается буквой Е, эта величина по определению всегда только положительная, т.е. Ɛ> 0. Для расчета ЭДС применяется тоже уравнение Нернста:

Ɛ = φ_К – φ_А= Ɛ⁰ + ·ℓn ,

при стандартных условиях Ɛ = Ɛ⁰ + (ℓgφ_Ox - ℓgφ_Red), (14)

где Ɛ⁰ – стандартная ЭДС, равная разности стандартных электродных потенциалов окислителя и восстановителя, Ɛ⁰ = φ⁰_Ох – φ⁰_Red.

Гальванический элемент будет работать только при условии, что его свободная энергия Гиббса будет уменьшаться, т.е. ∆G < 0 и выполняется равенство:

∆G = -N_ēFƐ. (15)

На схеме записи работающего гальванического элемента слева всегда обозначается анод, а справа – катод, граница раздела фаз электрод-электролит обозначается вертикальной линией |, а граница раздела двух электродных систем – двумя вертикальными линиями ||. В общем виде:

(–) Me₁⁰ | Me₁ⁿ⁺ || Me₂ⁿ⁺| Me₂⁰ (+). (16)

ē (направление движения электронов).

Максимальное количество электричества Q Кл (иначе А·с), которое можно получить в гальваническом элементе (его ёмкость), определяется по I-му закону Фарадея: Q = mF/M_Э, (17)

гдеm - масса превращенного вещества на электроде; F– постоянная Фарадея, равная 96500 Кл (иначе А·с/моль) или 26,8 А·ч/моль; М_Э – молярная масса эквивалента превращенного вещества.

Дата добавления: 2015-07-11