Mikä on elektrodin potentiaali

Metallin elektrodipotentiaali tai elektrodipotentiaali on potentiaaliero, joka syntyy metallin ja liuoksen rajapinnassa, kun metalli upotetaan elektrolyyttiliuokseen kidehilan solmuissa sijaitsevien pintametalli-ioniatomien vuorovaikutuksen seurauksena polaaristen atomien kanssa. elektrodin pintaan suuntautuneita vesimolekyylejä... Tämä johtuu sähköisen kaksoiskerroksen muodostumisesta, eli varautuneiden hiukkasten epäsymmetrisestä jakautumisesta rajalla.

Metallien elektrolyytteihin liukenemisen ilmiötä käytetään kemiallisissa sähkön lähteissä. Omassa suolaliuoksessa savustettu metallilevy pyrkii tavalla tai toisella liukenemaan siihen. Tätä taipumusta kutsutaan joskus metallin liukenemiselastiseksi.

Sinkkisulfaatti ZnTAKA4 liuokseen upotettu sinkkilevy antaa liuokseen sinkkihiukkasia positiivisesti varautuneiden ionien muodossa.Koska vaaleanpunaiset atomit poistuvat positiivisesti varautuneiden ionien muodossa, sinkkilevylle muodostuu ylimäärä vapaita elektroneja ja se varautuu negatiivisesti, ja pinnan lähellä olevaan nestekerrokseen muodostuu ylimäärä positiivisia ioneja. sinkistä, ja siksi tämä kerros on positiivisesti kuormitettu. Tällä tavalla nesteen ja metallin rajapinnalle syntyy sähköinen kaksoiskerros spatiaalisesti erotetuista vastakkaisen etumerkin varauksista.

Nämä varaukset vastustavat metallin siirtymistä edelleen liuokseen - negatiiviset levyt pitävät positiivisen metalli-ionin, ja elektrolyytin positiivinen varaus työntää metalli-ionin takaisin levyä kohti. Toisin sanoen metalli-neste-rajapinnassa olevan kaksoiskerroksen sähkökenttä estää metalli-ionien siirtymisen edelleen liuokseen, jolloin syntyy tasapaino metallin liukenemistaipumusten, kemiallisen luonteen ja sähkövoimat, jotka ovat vastakkaisia.

Kaavio sähköisen kaksoiskerroksen muodostumisesta metallin ja elektrolyytin rajapinnalle

Näin ollen metallielektrodi saa elektrolyyttiin liukenemisesta johtuen tietyn elektrodin (eli sähkökemiallisen) potentiaalin suhteessa elektrolyyttiin, joka riippuu elektrodin materiaalista ja elektrolyytin koostumuksesta.

Elektrodipotentiaalit voivat kuitenkin olla positiivisia. Tämä tapahtuu tapauksissa, joissa liuoksen positiiviset ionit siirtyvät elektrodille varaamalla sen positiivisesti ja elektrolyyttikerros - negatiivisesti, esimerkiksi kun kuparilevy upotetaan riittävän väkevään kuparisulfaattiliuokseen (CuSO)4).

Sähköistä kaksoiskerrosta voidaan verrata kondensaattoriin, jonka toinen levyistä on metallipinta ja toinen on metallipinnalla liuennut ionikerros. Vastakkaisesti varautuneiden levyjen välillä on potentiaaliero tai hyppy.

Potentiaalihyppy elektrodi-liuosrajapinnassa voi toimia järjestelmän redox-kapasiteetin mittana. Tällaista potentiaalihypyä tai vastaavasti näiden kahden vaiheen välistä potentiaalieroa on kuitenkin mahdotonta mitata. Mutta voit mitata e. jne. c. elementit, jotka koostuvat meitä kiinnostavista elektrodeista ja jostakin yhdestä (kaikissa tapauksissa samasta) elektrodista, jonka potentiaalin oletetaan ehdollisesti olevan nolla.

Se on mitattu jne. c. luonnehtii meitä kiinnostavan elektrodin redox-kapasiteettia suhteessa johonkin ehdolliseen nollaan. Näin saatua arvoa kutsutaan metallin sisäiseksi potentiaaliksi.

Minkä tahansa metallin elektrodipotentiaalin mittaamiseksi on tarpeen sijoittaa toinen elektrodi elektrolyyttiin, jolla puolestaan ​​on tietty elektrodipotentiaali sen materiaalista riippuen. Siksi vain kahden elektrodipotentiaalin algebrallinen summa voidaan mitata suoraan.

Tästä syystä eri materiaalien elektrodipotentiaalit määritetään suhteessa standardiin (vetyelektrodi, jonka potentiaali on yleensä nolla.

Mittaukseen voidaan käyttää myös muita vertailuelektrodeja, joiden potentiaali suhteessa vetystandardielektrodiin tunnetaan. Tämä potentiaali löytyy myös mm. jne. c. piiri, joka koostuu valitusta vertailuelektrodista ja tavallisesta vetyelektrodista.

Jos tutkittu elektrodi, joka on kytketty standardivetyelektrodiin, on negatiivinen, sisäiselle potentiaalille osoitetaan merkki » -», muuten merkki «+».

Esimerkiksi sinkin -0,76 V, kuparin +0,34 V, hopean +0,8 V elektrodipotentiaali, mitattuna tällä tavalla vastaavan metallisuolan liuoksessa, määritetään vähentämällä negatiivisempi potentiaali -positiivisen potentiaalin potentiaalista.

Jos kaksi metallilevyä, joilla on eri elektrodipotentiaali, asetetaan vastaavaan elektrolyyttiin, esimerkiksi rikkihapon (H2SO4) liuokseen, johon on sijoitettu sinkkiä (Zn) ja kuparia (Cth), niin näihin levyihin kytketty volttimittari näyttää jännitteen ne hieman yli 1 V.

Tämä jännite, tässä tapauksessa nimeltään e. jne. c. galvaaninen pari, johtuu erosta kuparin, jolla on pieni positiivinen potentiaali, ja sinkin, jolla on merkittävä negatiivinen potentiaali, erosta. Tällainen laite on yksinkertaisin galvaaninen kenno - Volta-kenno.

Galvaanisessa kennossa kemiallinen energia muunnetaan sähköenergiaksi ja sen avulla on mahdollista tehdä sähkötyötä kemiallisen reaktion energiasta johtuen.

Mittaus e. jne. c. galvaanisia kennoja on tuotettava, kun kennopiirissä ei ole virtaa. Muuten mitattu e. jne. s. on pienempi kuin arvo, joka on määritetty muodossa kahden elektrodin tasapainopotentiaalien välinen ero… Itse asiassa tietty elektronikonsentraatio elektrodeilla vastaa tasapainopotentiaalia: mitä positiivisempi se on pienempi, sitä negatiivisempi se on. Näin ollen myös kaksoiskerroksen liuoksessa olevan osan rakenne on erilainen.

Mittaus e. jne. kanssakenno ilman virtausta tuotetaan yleensä kompensointimenetelmällä. Jotta voit soveltaa sitä, sinulla on oltava jonkin verran vakio e. jne. kanssa Normaalielementti toimii tällaisena standardina. Yleisimmin niissä käytetään Westonin elohopea-kadmium-normaalialkuainetta, esim. jne. joka on yhtä suuri kuin 1,01830 V 20 °C:ssa.