Войти
В электрохимии, стандартный потенциал электрода (E °) определяется как измерение индивидуального потенциала обратимого электрода в стандартном состоянии с ионами в эффективной концентрации 1 моль дм при давлении 1 атм.
Основа для электрохимического элемента, такого как гальванический элемент, всегда является окислительно-восстановительной реакцией, которую можно разбить на две полуреакции : окисление на аноде (потеря электронов) и восстановление на катоде (усиление электрона). Электричество генерируется из-за разности электрических потенциалов между двумя электродами. Эта разность потенциалов создается в результате разницы между отдельными потенциалами двух металлических электродов по отношению к электролиту. (Обратимый электрод - это электрод, который обязан своим потенциалом изменениям обратимого характера, в отличие от электродов, используемых в гальванике, которые разрушаются во время их использования.) Это мера снижения мощности любого элемента или соединения.
Хотя общий потенциал элемента можно измерить, не существует простого способа точно измерить потенциалы электрода / электролита изолированно. Электрический потенциал также зависит от температуры, концентрации и давления. Поскольку окислительный потенциал полуреакции является отрицательным по отношению к восстановительному потенциалу окислительно-восстановительной реакции, достаточно рассчитать любой из потенциалов. Поэтому стандартный электродный потенциал обычно записывается как стандартный восстановительный потенциал. На каждой границе раздела электрод-электролит есть тенденция ионов металла из раствора осаждаться на металлическом электроде, пытаясь сделать его положительно заряженным. В то же время атомы металла электрода имеют тенденцию переходить в раствор в виде ионов и оставлять электроны на электроде, пытаясь сделать его отрицательно заряженным. В состоянии равновесия происходит разделение зарядов, и в зависимости от тенденций двух противоположных реакций электрод может быть заряжен положительно или отрицательно по отношению к раствору. Между электродом и электролитом возникает разность потенциалов, которая называется электродным потенциалом. Когда концентрации всех частиц, участвующих в полуячейке, равны единице, тогда электродный потенциал известен как стандартный электродный потенциал. Согласно соглашению IUPAC, стандартные восстановительные потенциалы теперь называются стандартными электродными потенциалами. В гальваническом элементе полуэлемент, в котором происходит окисление, называется анодом и имеет отрицательный потенциал по отношению к раствору. Другая полуячейка, в которой происходит восстановление, называется катодом и имеет положительный потенциал по отношению к раствору. Таким образом, между двумя электродами существует разность потенциалов, и как только переключатель находится в положении «включено», электроны перетекают от отрицательного электрода к положительному. Направление тока противоположно направлению потока электронов.
Электродный потенциал нельзя получить эмпирически. Потенциал гальванического элемента получается из пары электродов. Таким образом, для пары электродов доступно только одно эмпирическое значение, и невозможно определить значение для каждого электрода в паре, используя эмпирически полученный потенциал гальванической ячейки. Необходимо было установить электрод сравнения, стандартный водородный электрод (SHE), для которого потенциал определяется или согласовывается по соглашению. В этом случае для стандартного водородного электрода установлено значение 0,00 В, и любой электрод, для которого потенциал электрода еще не известен, можно соединить со стандартным водородным электродом, чтобы сформировать гальваническую ячейку, а потенциал гальванической ячейки дает неизвестный потенциал электрода.. Используя этот процесс, любой электрод с неизвестным потенциалом может быть соединен либо со стандартным водородным электродом, либо с другим электродом, для которого потенциал уже определен и это неизвестное значение может быть установлено.
Поскольку электродные потенциалы обычно определяют как восстановительные, знак потенциала окисляемого металлического электрода должен быть изменен на противоположный при вычислении общего потенциала ячейки. Потенциалы электродов не зависят от количества перенесенных электронов - они выражаются в вольтах, которые измеряют энергию, приходящуюся на один переданный электрон, - и поэтому два электродных потенциала можно просто объединить, чтобы получить общий потенциал ячейки, даже если в процессе участвует разное количество электронов. двухэлектродные реакции.
Для практических измерений рассматриваемый электрод подключается к положительной клемме электрометра, а стандартный водородный электрод подключается к отрицательной клемме.
Чем больше значение стандартных восстановительных потенциалов, тем легче для элемента восстановиться (получить электронов ); другими словами, они лучше окислители. Например, F 2 имеет 2,87 В, а Li имеет -3,05 В. F легко восстанавливается и, следовательно, является хорошим окислителем. Напротив, Li (s) скорее будет подвергаться окислению (следовательно, хороший восстановитель ). Таким образом, Zn, стандартный восстановительный потенциал которого составляет -0,76 В, может быть окислен любым другим электродом, стандартный восстановительный потенциал которого больше -0,76 В (например, H (0 В), Cu (0,34 В), F 2 ( 2,87 В)) и может быть восстановлен любым электродом со стандартным восстановительным потенциалом менее −0,76 В (например, H 2 (−2,23 В), Na (−2,71 В), Li (-3,05 В)).
В гальванической ячейке, где спонтанная окислительно-восстановительная реакция заставляет ячейку вырабатывать электрический потенциал, свободная энергия Гиббса ΔG ° должна быть отрицательной в соответствии с следующее уравнение:
, где n - число моль электронов на моль продуктов, а F - Постоянная Фарадея, ~ 96485 Кл / моль. Таким образом, применяются следующие правила:
Таким образом, чтобы произошла спонтанная реакция (ΔG ° < 0), E°ячейка должна быть положительной, где:
, где E ° анод - стандартный потенциал на аноде, а E ° катод - стандартный потенциал на катоде, как указано в таблице стандартных электродных потенциалов..
