Гальванические элементы
Гальванический элемент – это устройство, которое преобразует энергию окислительно-восстановительной химической реакции в электрическую энергию. В гальваническом элементе один из электродов является катодом, а другой – анодом. Катод – электрод, на котором происходит реакция восстановления, а анод – на котором происходит реакция окисления. Электродные потенциалы вычисляют по уравнению Нернста:
- для электродов 1-го рода
где Е0 – стандартный электродный потенциал (таблица 4.1); п – число электронов, участвующих в элементарной электродной реакции; Скатион - молярная концентрация ионов металла в растворе.
Для водородного электрода (H+ + e = 1/2H2) уравнение Нернста имеет вид:
где
Для кислородного электрода (1/2O2 +H2O + 2 e = 2OH-) уравнение Нернста имеет вид:
где
- для электродов 2-го рода
где Санион – молярная концентрация анионов труднорастворимой соли электрода 2-го рода в растворе.
Электродвижущую силу гальванического элемента (э.д.с.) определяют как разницу электродных потенциалов
где Е2 – электродный потенциал катода, Е1 – электродный потенциал анода. Уравнение токообразующей реакции гальванического элемента записывают как сумму электродных реакций. Например, для гальванического элемента Якоби-Даниеля Zn|ZnSO4||CuSO4|Cu токообразующей является реакция Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu, которая получается после суммирования уравнений электродных процессов: катод: Cu2+ + 2 анод: Zn0 - 2 ------------------------------------- Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu Последнее уравнение является сокращенным ионным уравнением токообразующей реакции. Изменение свободной энергии Гиббса в токообразующей реакции связано с э.д.с. гальванического элемента уравнением
где Зная стандартную э.д.с., можно рассчитать константу равновесия протекающей в элементе реакции:
Литература: [1], c. 234 – 259; [2], c. 112 – 118, 125 – 129.
Таблица 4.1 Стандартные электродные потенциалы при 250С
|
, (4.2.1)
, (4.2.2)
- относительное парциальное давление водорода (величина безразмерная), 
- парциальное давление водорода, Па
, (4.2.3)
- относительное парциальное давление кислорода (величина безразмерная), 
- парциальное давление кислорода, Па
, (4.2.4)
, (4.2.5)
= Cu0
, (4.2.6)
- изменение свободной энергии Гиббса, Дж/моль-экв; п – число электронов, участвующих в токообразующей реакции; 
- э.д.с., В; F – число Фарадея.
.
