1. Рівноважний електродний потенціал

Розділ хімії, який вивчає окисно-відновні процеси, які можуть бути джерелом електричної енергії, та окисно-відновні процеси, які відбуваються за участю електричної енергії, називається електрохімією. Знайомство з електрохімією дозволяє одержати уявлення про такі різноманітні питання, як будова і дія електричних батарей, мимовільність протікання хімічних реакцій, одержання металевих покрить і корозія металів. Оскільки електричний струм зв'язаний з переміщенням електричних зарядів, зокрема електронів, в електрохімії увага зосереджена на реакціях, у яких електрони переносяться від однієї речовини до іншої. Такі реакції називаються окислювально-відновними .

В електрохімії застосовують провідники першого роду – метали, які мають електронну провідність, та провідники другого роду – електроліти, які мають йонну провідність.

Всі метали мають металічну кристалічну гратку. У вузлах кристалічної гратки металу розташовані атоми та йони, серед яких вільно рухаються електрони.

М е ⁰ – ne Меⁿ⁺

Якщо пластинку металу занурити у воду, то частина йонів металу, які знаходяться на його поверхні, перейде у воду. Цей процес супроводжується окисненням металу. Можливий також і зворотній процес – приєднання електронів гідратованими йонами металу, тобто відновлення металу на поверхні пластини. Процес переходу йонів металу у розчин та з розчину на метал відбувається до встановлення динамічної рівноваги. Електрони, які залишаються на поверхні металу, надають пластині негативного заряду.

В той же час негативно заряджена пластина металу притягує до себе з розчину позитивно заряджені йони металу і втримує їх біля поверхні металу. Так на межі метал-розчин виникає подвійний електричний шар.

Пластину металу, занурену в розчин електроліту називають електродом.

Потенціал, який виникає на межі метал-розчин в момент встановлення рівноваги –рівноважним електродним потенціалом.

2. Рівняння Нернста. Стандартний електродний потенціал

Абсолютне значення електродного потенціалу виміряти неможливо, його можна визначити відносно якого-небудь стандартного електрода. З цією метою збирають гальванічний елемент, який складається з

40

досліджуваного електрода та стандартного та виміряють значення його ЕРС. Най частіше електродні потенціали виміряють відносно стандартного водневого електрода, потенціал якого прийнятий за умовний «нуль». В цьому випадку показник ЕРС бути відповідати електродному потенціалу металу. Стандартний водневий електрод представляє собою платинову пластину, покриту шаром пористої платини, зануреної в 1М розчин сульфатної кислоти, через який пропускають чистий водень під тиском 101,325 кПа (1 атм). Потенціал водневого електрода дорівнює нулю Е⁰_2Н+/Н2 = 0. Потенціали металів, більш активних по відношенню до водню, беруться зі знаком «-», а менш активних – зі знаком «+». Метали, що віддали електрони, окислюються, відповідно, електродні потенціали характеризують не лише відновлювальні властивості металів, але й окислювальні властивості їх йонів.

Чим менший стандартний електродний потенціал металу, тим активніший метал, тим сильніше його відновлювальні властивості, тим слабкішими є окислювальні властивості його йонів.

Таким чином, лужні та лужно-земельні метали є найбільш сильними відновниками, а їх йони – не проявляють окислювальних властивостей у розчинах. Відновити їх можливо лише за допомогою електричного струму. Електродний потенціал золота, срібла та інших малоактивних металів має позитивне значення, отже –ці метали мають слабкі відновлювальні властивості (погано віддають електрони), але їхні йони Au ³⁺, Ag⁺ та ін. Проявляють окислювальні властивості (легко приєднують електрони).

^{+1 +2}

Сu + 2AgNО₃ Сu(NО₃)₂ + 2Ag

Від чого залежить чисельне значення електродного потенціалу металу?

Чисельне значення електродного потенціалу металу залежить від : природи металу, концентрації його йонів у розчині, та температури.

Ця залежність виражається рівнянням Нернста:

Е_Ме = Е⁰_Меⁿ⁺/_Ме + 0, 058 lg [ Ме ⁿ⁺]

n

де, Е_Ме – електродний потенціал металу, В

Е⁰_Меⁿ⁺/_Ме – стандартний електродний потенціал металу;

n - число електронів, які віддає метал або приєднує його йон;

[ Ме ⁿ⁺] – концентрація йонів металу у розчині, моль.

Якщо [ Ме ⁿ⁺] = 1 моль, то Е_Ме = Е⁰_Меⁿ⁺/_Ме

Стандартниим електродним потенціалом металу називають потенціал, який виникає на межі між металом та розчином його солі з концентрацією йонів металу 1 моль (при температурі 25 ⁰С і тиску 101,325 кПа).

41