Гальванические элементы;

2) Электролиз.

План лекции №1.

1) Образование ДЭС(двойной электрический слой) на поверхности металлов;

2) Принцип работы элемента Даниэля-Якоби;

3) Стандартный электродный потенциал;

4) Электродвижущая сила (ЭДС) и её составляющие;

5) Контактный и диффузионный потенциалы;

Образование двойного электрического слоя (ДЭС).

(Рисунки с железом)

1) Пусть железная пластинка опущена в воду. Ионы Fe²⁺ начинают переходить в раствор под действием полярных молекул Н2О, поверхность пластины при этом заряжается отрицательно.

2) Однако, этот процесс быстро прекратится из-за сил электрического притяжения между отрицательно заряженной поверхностью пластины и положительно заряженными катионами (Fe²⁺).

3) При растворении металлов в растворах солей происходит подобное, но более сложное перемещение, которое зависит от концентрации катионов Fe²⁺ в растворе. В этом случае поверхность пластины также заряжается отрицательно.

4) Вокруг поверхности концентрируются положительно заряженные ионы, а отрицательно заряженные ионы отталкиваются, но также собираются в более дальнем слое. Полученная структура называется поверхностным двойным электрическим слоем (ДЭС).

(Рисунки с медью)

В 4ом случае происходит осаждение катионов Сu²⁺ на поверхности пластины, при этом она заряжается положительно, и образуется ДЭС по механизму аналогичному со вторым рисунком.

(Рисунок с положительно/отрицательно заряженной поверхностью)

Во всех ДЭС медь образуется, кроме третьего случая, т.к. меди не от куда браться из раствора.

Работа, необходимая для удаления иона (Fe2+) с поверхности пластины, называется работой выхода иона. Работа выхода иона зависит от химических особенностей металла.

Условием, необходимым для прохождения самопроизвольного процесса является:

µ^Fe_{поверхн}>µ^Fe2+_р-р

Свойства ДЭС:

1) ДС обладает определённой разностью потенциалов на поверхности раствор – металл, т.е. самопроизвольно возникает скачок потенциала, который называется электродным потенциалом.

2) ДЭС называют диффузионным слоем, т.к. по мере удаления от поверхности концентрации положительных и отрицательных ионов выравниваются за счёт теплового броуновского движения.

3) ДЭС имеет незначительную толщину (максимально до 1 мкм), которая зависит от концентрации раствора, температуры, заряда металла.

4) Поверхность металла может быть заряжена положительно, в зависимости от условий.

Системы, в которых происходит преобразование химической энергии в электрическую за счёт окислительно-восстановительной реакции, называются гальваническими элементами. Для получения электрического ток необходимо проводить электродные процессы раздельно.

ZnIZnSO₄I и CuICuSO₄I – полуэлементы, черты показывают, что это раствор, а внутри, что это электрод.

(Рисунок Даниэля-Якоби)

К^-: Zn⁰-2e ->Zn²⁺ -окисление

A⁺: Cu²⁺+2e ->Cu⁰ –восстановление

Zn⁰+Cu²⁺->Zn²⁺+Cu⁰

По внешней цепи происходит перенос электрона от катода к аноду, внутренняя цепь необходима для компенсации заряда переносом SO42-.

-ZnIZnSO₄ i CuSo₄ICu+ (i- диаграмма)

Чем больше различие в химических активностях металлов, тем больше возникающая разность потенциалов.

ЭДС

Электродвижущая сила (ЭДС)- это наибольшая разностью потенциалов, возникающая при работе гальванического элемента. [E]=B.

Экспериментально ЭДС определяется компенсационным методом. Теоретически она может быть рассчитана по формуле: E=Σⁿ_i=1ϕ_i;

ЭДС гальванического элемента - это сумма всех потенциалов, возникающих в обратимых условиях работы гальваничесокго элемента.

Наибольшие вклады в значение ЭДС вносит электродный потенциал - потенциал, возникающия на границе металл-раствор при образовании ДЭС. Основные факторы, влияющие на значение электродного потенциала:

- природа металла;

- температура;

- концентрация ионов металла в растворе.

Для расчёта электродного потенциала в данный момент времени применяется уравнение Нернста:

ϕ=ϕ⁰+RT/zF*ln(C_{окисл.ф./}С_вост.ф.), где

ϕ- электродный потенциал в данный момент времени;

ϕ0- стандартный электродный потенциал (справочная величина);

Т- температура;

z- количество электронов, принимающих участие в электродном процессе;

F- постоянная Фарадея (F=96485 Кл/моль);

C_{окисл.ф.,} С_{восст.ф.}- концентрация окисленной и восстановленной формы.

Дата добавления: 2015-07-11