Термодинамическая теория ЭДС, уравнение Нернста.

Гальванические элементы относятся к химическим источникам электрического тока и позволяют получать ток за счет протекания химической реакции. Гальванический элемент состоит из двух электродов – анода и катода. Его устройство и принцип работы рассмотрим на примере элемента Якоби-Даниэля. В этом элементе используют медный и цинковый электроды. Каждый электрод помещен в емкость с раствором электролита, катионы которых «одноименны» материалу электрода. А емкости разделены перегородкой. Цинковый электрод опущен в раствор ZnSO₄. При замыкании цепи гальванического элемента между электродом и раствором электролита идет реакция окисления:

Zn⁰+2e- - Zn²⁺. Ионы цинка из электрода переходят в раствор, а на электроде остаются электроны, т. о. цинковая пластинка заряжается отрицательно и становится анодом. Между медным электродом и окружающим его раствором CuSO₄ идет реакция восстановления: Cu²⁺ + 2e^- – Cu⁰.

Отсюда следует, что в гальваническом элементе окисление – отдача электронов – происходит на аноде, восстановление – приобретение электронов – на катоде.

Характерной особенностью любого гальванического элемента является образование электрохимической цепи – последовательной совокупности всех скачков потенциала на различных поверхностях раздела, отвечающих данному гальваническому элементу.

Важнейшей характеристикой гальванического элемента является электродвижущая сила (ЭДС), которая определяется как предельная разность потенциалов, возникающая на границе раздела фаз в разомкнутой цепи элемента.

E=|E_Э^- + E _Д+Е_Э⁺ +Е_К|

ЭДС является количественной характеристикой эффективности работы гальванического элемента – она показывает насколько полно осуществляется процесс перехода химической энергии в электрическую. Принято считать что Е всегда положительна.

Уравнение Нернста — уравнение, связывающее окислительно-восстановительный потенциал системы с активностями веществ, входящих в электрохимическое уравнение, и стандартными электродными потенциалами окислительно-восстановительных пар.

где

— электродный потенциал, — стандартный электродный потенциал, измеряется в вольтах;

— универсальная газовая постоянная, равная 8.31 Дж/(моль·K);

— абсолютная температура;

— число Фарадея, равное 96485,35 Кл/моль;

— число моль электронов, участвующих в процессе;

и — активности соответственно окисленной и восстановленной форм вещества, участвующего в полуреакции.

Поиск по сайту: