Факторы, влияющие на величину электродного потенциала. Уравнение Нернста. Стандартный электродный потенциал.

В результате измерения электродных потенциалов металлов Е при различных условиях установили, что их величина зависит:

1) от природы веществ – участников электродного процесса;

2) от концентраций растворов, в которые погружены электроды;

3) от температуры системы.

Зависимость электродного потенциала Е от перечисленных факторов выражается уравнением Нернста:

E = E  + , где:

R – универсальная газовая постоянная

T – абсолютная температура, К;

n – число электронов, принимающих участие в процессе на границе металл-раствор, численно равная заряду катиона в растворе;

[Meⁿ⁺] – молярная концентрация (при точных вычислениях – активность) ионов металла в растворе, моль/л;

E  - так называемый стандартный электродный потенциал.

E  = Е при  = 0 то есть при [Meⁿ⁺] 1 моль/л.

Разность потенциалов, измеряемая при погружении металла в раствор собственного иона с активной концентрацией 1 моль/л относительно стандартного водородного электрода, потенциал которого при 25 С условно принимается равным нулю, называется стандартным электродным потенциалом данного металла E  (СЭП).

При подстановке всех констант и при стандартной температуре Т = 25 + 273 = 298 К получим приведенное уравнение Нернста:

, или:

 

.

Задача. Рассчитать электродный потенциал медного электрода, погруженного в раствор собственной соли:

а) Молярная концентрация катионов меди (II) в растворе составляет 0,01 (10^-2) моль/л;

б)  = 1 моль/л.

а) .

б) .

 

Ряд стандартных электродных потенциалов (СЭП)

Расположив металлы в ряд по мере возрастания алгебраической величины их стандартных электродных потенциалов E  получают ряд СЭП.

Свойства ряда напряжений:

1) Чем меньше величина E  металла, тем легче он отдает электроны (окисляется) и тем труднее его ионы присоединяют их обратно (восстанавливаются.

Положение лития и натрия в ряду напряжений не соответствует их активностям в металлическом состоянии. Это связано с большими значениями энергий гидратации этих металлов.

2) Каждый предыдущий металл активнее последующего и поэтому может вытеснять его из растворов солей:

Пример. Опыт «Сатурново Дерево».

 

                     

3) Металлы, стоящие в ряду напряжений до водорода, могут вытеснять его из растворов кислот, у которых функцию окислителя выполняет катион водорода (HCl – разбавленная и концентрированная, H₂SO₄ – разбавленная).

 

                         

4) Чем дальше металлы находятся друг от друга в ряду напряжений, тем выше значений ЭДС гальванического элемента, сконструированного на их основе.

Гальванический элемент

Гальванический элемент – это устройство, которое преобразует химическую энергию в электрическую.