Гальванические элементы

Возникновение двойного электрического слоя на границе металла и раствора

Общие свойства металлов:

• электропроводность,
• теплопроводность,
• пластичность

- обусловлены типом химической связи в металлах, которая так и называется металлическая связь.

Суть металлической связи заключается в том, что часть атомов в металле теряет свои валентные электроны, превращаясь в ионы.

Таким образом, в узлах кристаллической решетки любого металла располагаются как нейтральные атомы, так и положительные ионы. Потерянные электроны располагаются в междоузлиях, образуя так называемый коллективный электронный газ, рис.1.

Рис.1

Ионы металла, располагающиеся на его границе, гидратируются молекулами воды:

 

, рис.2.

 

Рис.2

Под влиянием всевозможных видов движения гидратированные ионы отрываются от металла и уходят в воду:

На границе металла и воды возникает двойной электрический слой, т.е. скачок потенциала U_p,В, который называется равновесным электродным потенциалом.

Знак потенциала определяется по заряду металла. Количество ионов металла, содержащихся в литре насыщенного раствора, называется растворимостью металла.

По величине растворимости металлы подразделяются на:

• активные,
• пассивныe.

 

Электродные потенциалы активных и пассивных металлов

 

Рис.3

Рассмотрим систему, в которой металл помещён в солевой раствор, рис3. Например, цинк, помещённый в раствор сульфата цинка.

 

К активным металлам относится те, мера растворимости которых больше концентрации солевых растворов, принятых в электрохимии.

Если металл является активным, то равновесие обратимой реакции смещено в прямом направлении, т.е. в сторону окисления:

Возникающий электродный потенциал имеет знак "-".

Пассивные металлы те, у которых величина растворимости меньше принятой в электрохимии концентрации солевых растворов.

В данном случае равновесие реакции смещено в обратном направлении, т.е. в сторону восстановления. Возникающий электрический потенциал имеет знак "+".

Величина равновесного электродного потенциала

Нернст установил эту величину

, где

 

φ⁰ – стандартный электродный потенциал, т.е. потенциал, возникающий при нормальных условиях,
R - универсальная газовая постоянная,
Т - абсолютная температура, К,
F - число Фарадея, F = 96500 Кл,
n - число электронов, участвующих в реакции.

Переходя от натурального логарифма к десятичному и подставляя в уравнение значение T=298K и соответствующие значения R и F, получаем выражение: