Електродний потенціал

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.

Електродний потенціал — різниця електричних потенціалів між електродом та електролітом, в контакті з яким він знаходиться (найчастіше всього між металом і розчином електроліту).

[ред.] Природа виникнення

При зануренні металу у розчин він «дисоціює» — його катіони починають переходити у розчин, в результаті чого на поверхні метала залишається рівний по величині, але протилежний по знаку заряд у вигляді надлишкових електронів (валентних електронів). Тобто поверхня метала стає негативно зарядженою і починає притягувати до себе позитивно заряджені іони метала, які вже перейшли в розчин і, таким чином, перешкоджає вільному пересуванню катіонів в об'ємі розчину. На границі метала з розчином виникає подвійний електричний шар, який можна уявити у вигляді плоского конденсатора, негативна обкладинка якого — це поверхня метала, а позитивна — шар розчиннених іонів, який стикається з поверхнею метала. Вже після розчинення дуже невеликої кількості іонів заряд подвійного шара настільки зростає, що подальший розчин метала припиняється.

Якщо метал занурити не в воду, а в розчин своїх іонів, (наприклад, Zn в розчин ZnSO4), то картина буде виглядати інакше. Якщо концентрація розчину ZnSO4 невелика, то утворення подвійного електричного шару буде відбуватися так само, як і в воді. Якщо ж концентрація іонів в розчині висока, то спочатку буде спостерігатися осад катіонів з поверхні метала. В результаті поверхня метала зарядиться позитивно і почне притягувати негативні іони (наприклад, SO42-). Утвориться подвійний електричний шар з позитивною обкладинкою із метала і негативною — з розчинених аніонів.

Катіони будуть осідати до тих пір, доки заряд на поверхні не досягне такої величини, при якій подальший осад стане неможливим по причині відштовхування однойменних зарядів метала і його іонів.

У випадку наявності двох протилежно заряджених тіл говорять, що між ними існує різниця потенціалів. Така різниця потенціалів встановлюється у подвійному електричному шарі, на границі «метал — розчин», завдяки переходу іонів з метала в розчин та назад. Пару «метал — розчин» прийнято називати електродом, а потенціал — електродним. Різниця електричних потенціалів між металом і розчином при встановленні іонної рівноваги називається рівноважним електродним потенціалом

[ред.] Величина електродного потенціалу

Величина електродного потенціалу в нерівноважному стані залежить як від природи і складу речовин-учасників електродного процесу, так і від кінетичних закономірностей електродних реакцій на границі розділу цих речовин.

Рівноважне значення стрибка потенціалів на границі розділу речовин-учасників електродного процесу визначається винятково особливостями електродної реакції і не залежить від природи електрода та адсорбції на ньому поверхнево-активних речовин.

До цього часу виміряти абсолютну величину рівноважного електродного потенціалу для якої-небудь речовини ще не вдалося. Коли треба побудувати числову шкалу електродних потенціалів, то використовують відносний електродний потенціал, який, зазвичай, називають просто електродним потенціалом, і який представляє собою різницю потенціалів розглядаємого електрода і електрода порівняння. Роль електрода порівняння частіше за все відіграє водневий електрод, електродний потенціал якого умовно визначається приймається за нуль.

Величина електродного потенціалу залежить від активності речовин-учасників електродного процесу і вимірюється за допомогою рівняння Нернста:

\phi = {\phi^{0}} + \frac{R\cdot T}{n\cdot F}\cdot lg_{Men+}

, де

φ — електродний потенціал;
φ0 — стандартний електродний потенціал (потенціал, який виникає на границі метала з розчином його іонів при концентрації останніх 1 моль/л);
R — універсальна газова стала (R =8,31 Дж/(моль. К));
T — абсолютна температура;
n — число електронів, які приймають участь в електрохімічному процесі;
F — число Фарадея (F= 96 500 Кл);
Men + — концентрація іонів метала, моль/л.

Рівняння Нернста показує, що что електродний потенціал кожного електрода може змінюватися в дуже широкому діапазоні. Чим менша алгебраїчна величина електродного потенціалу металу, тим сильніші відновлювальні властивості має метал, і тим менші окислювальні властивості проявляє катіон цього металу.

Для окиснювально-відбудовних систем з інертним електродом, в яких всі компоненти електрохімічної реакції знаходяться в розчині, електродний потенціал (окиснювально-відбудовний потенціал) визначається активностями як окисненої (aok), так і відбудованої (ав) форм речовини.

У випадку, коли на електроді можливе одночасне протікання більше однієї електродної реакції, використовується поняття стаціонарного електродного потенціалу. При пропусканні електричного струму вимірений електродний потенціал буд відрізнятися від рівноважного на величину поляризації.

Іншими мовами