Що таке електродний потенціал

Потенціал електрода або електродний потенціал металу – це різниця потенціалів, яка виникає на межі поділу фаз метал-розчин при зануренні металу в розчин електроліту в результаті взаємодії поверхневих іон-атомів металу, що знаходяться у вузлах кристалічної решітки, з полярними молекулами води, орієнтованими у поверхні електрода . Це пов’язано з утворенням подвійного електричного шару, тобто несиметричного розподілу заряджених частинок на кордоні розділу фаз.

Явища розчинення металів в електролітах використовуються в хімічних джерелах електроенергії. Металева пластина, опушена в розчин своєї ж солі, в тій чи іншій мірі прагне в ній розчинитися. Це прагнення іноді називається пружністю розчинення металу.

Цинкова пластина, опущена в розчин сірчанокислого цинку ZnSO4, віддає в розчин частки цинку у вигляді позитивно заряджених іонів. Внаслідок того, що атоми стусана йдуть у вигляді позитивно заряджених іонів, на цинковій пластині утворюється надлишок вільних електронів і вона заряджається негативно, а в шарі рідини поблизу поверхні цинку утворюється надлишок позитивних іонів і, отже, цей шар заряджається позитивно. Таким шляхом на кордоні рідини і металу виникає подвійний електричний шар з просторово розділених зарядів протилежного знака.

Ці заряди будуть протидіяти подальшому переходу металу в розчин – негативні пластини утримують позитивний іон металу, а позитивний заряд електроліту відштовхує іон металу назад на пластину. Іншими словами, електричне поле подвійного шару на межі метал – рідина протидіє подальшому переходу іонів металу в розчин. Встановлюється рівновага між хімічними за своєю природою силами прагнення металу перейти в розчин і електричними силами, їм протидіють.

Таким чином, внаслідок розчинення в електроліті металевий електрод набуває по відношенню до електроліту певний електродний (інакше електрохімічний) потенціал, що залежить від матеріалу електрода і складу електроліту.

Однак електродні потенціали можуть мати позитивне значення. Це має місце в тих випадках, коли позитивні іони розчину переходять на електрод, заряджаючи його позитивно, а шар електроліту – негативно, наприклад, коли мідна пластина занурена в досить концентрований розчин сірчанокислої міді (CuSO4).

Подвійний електричний шар можна уподібнити конденсатору, одна з обкладок якого є поверхнею металу, а інша – шар іонів в розчині біля поверхні металу. Між різнойменно зарядженими обкладками і виникає різниця, або стрибок, потенціалу.

Стрибок потенціалу на межі електрод-розчин може служити мірою окислювально-відновної здатності системи. Однак неможливо провести вимірювання такого стрибка потенціалу або, що те ж, різниці потенціалів між двома фазами. Але можна зробити вимір е. д. з. елементів, складених з цікавлять нас електродів і якого-небудь одного (однакового у всіх випадках) електрода, потенціал якого умовно прийнятий за нуль.

Виміряна е. д. з. характеризуватиме окислювально-відновну здатність цікавить нас електрода щодо деякого умовного нуля. Отримана таким способом величина називається власним потенціалом металу.

Щоб виміряти електродний потенціал будь-якого металу, необхідно помістити в електроліт другий електрод, який і свою чергу буде володіти певним електродним потенціалом, залежних від його матеріалу. Отже, безпосередньо виміряти можна лише алгебраїчну суму двох електродних потенціалів.

З цієї причини електродні потенціали різних матеріалів визначаються по відношенню до стандартного (водневого електроду, потенціал якого умовно приймають за нуль.

Для вимірювання можуть застосовуватися і інші електроди порівняння, потенціал яких щодо водневого стандартного електрода відомий. Цей потенціал також знаходять на підставі вимірювання е. д. з. ланцюга, складеної з обраного електрода порівняння і стандартного водневого електрода.

Якщо досліджуваний електрод в парі зі стандартним водневим електродом є негативним, то власним потенціалом приписується знак “-“, в іншому випадку – знак “+”.

Наприклад, виміряний таким чином в розчині відповідної солі металу електродний потенціал цинку -0,76 В, міді +0,34 В, срібла +0,8 В. Е. д. З, яку дає елемент, визначається відніманням потенціалу більш негативного з потенціалу більше позитивного.

Стандартні електронні потенціали металів

Якщо в відповідний електроліт поміщені дві пластини з металів, що мають різний електродний потенціал, наприклад, в розчин сірчаної кислоти (H2SO4) поміщені цинкова (Zn) і мідна (Сu) пластини, то вольтметр, приєднаний до цих пластин, покаже між ними напругу трохи більше 1 В.

Ця напруга, зване в даному випадку е. д. з. гальванічної пари, буде обумовлено різницею електроднихпотенціалів міді, що володіє невеликим позитивним потенціалом, і цинку, що володіє значним негативним потенціалом. Такий пристрій є найпростішим гальванічним елементом – елементом Вольта.

В гальванічному елементі відбувається перетворення хімічної енергії в електричну і з його допомогою можна зробити електричну роботу за рахунок енергії хімічної реакції.

Вимірювання е. д. з. гальванічних елементів необхідно проводити за відсутності струму в ланцюзі елемента. В іншому випадку виміряна е. д. з. буде менше, ніж величина, яка визначається як різниця рівноважних потенціалів обох електродів. Дійсно, рівноважного потенціалу відповідає певна концентрація електронів на електродах: на більш позитивному вона нижче, на більш негативному вище. Згідно з цим по-різному і будова тієї частини подвійного шару, яка розташована в розчині.

Вимірювання е. д. з. елемента без протікання струму зазвичай проводиться компенсаційним методом. Для здійснення його необхідно мати певний еталон е. д. з. Таким еталоном служить так званий нормальний елемент. Найчастіше користуються ртутно-кадмієвих нормальним елементом Вестона, е. д. з. якого дорівнює 1,01830 В при 20 ° С.

Посилання на основну публікацію