Ποιο είναι το δυναμικό του ηλεκτροδίου

Δυναμικό ηλεκτροδίου ή δυναμικό ηλεκτροδίου ενός μετάλλου είναι μια διαφορά δυναμικού που εμφανίζεται στη διεπιφάνεια μετάλλου-διαλύματος όταν ένα μέταλλο βυθίζεται σε διάλυμα ηλεκτρολύτη ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης επιφανειακών ατόμων ιόντων μετάλλου που βρίσκονται στους κόμβους ενός κρυσταλλικού πλέγματος με πολικό μόρια νερού προσανατολισμένα στην επιφάνεια του ηλεκτροδίου ... Αυτό οφείλεται στον σχηματισμό ενός ηλεκτρικού διπλού στρώματος, δηλαδή σε μια ασύμμετρη κατανομή φορτισμένων σωματιδίων στο όριο.

Το φαινόμενο της διάλυσης μετάλλων στους ηλεκτρολύτες χρησιμοποιείται σε χημικές πηγές ηλεκτρισμού. Μια μεταλλική πλάκα καπνισμένη σε διάλυμα του δικού της αλατιού, με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, τείνει να διαλυθεί σε αυτό. Αυτή η τάση μερικές φορές ονομάζεται ελαστικότητα διάλυσης του μετάλλου.

Μια πλάκα ψευδαργύρου βυθισμένη σε διάλυμα θειικού ψευδαργύρου ZnTAKA4 δίνει σωματίδια ψευδαργύρου στο διάλυμα με τη μορφή θετικά φορτισμένων ιόντων.Λόγω του γεγονότος ότι τα ροζ άτομα φεύγουν με τη μορφή θετικά φορτισμένων ιόντων, σχηματίζεται περίσσεια ελεύθερων ηλεκτρονίων στην πλάκα ψευδαργύρου και φορτίζεται αρνητικά και σχηματίζεται περίσσεια θετικών ιόντων στο στρώμα του υγρού κοντά στην επιφάνεια. του ψευδαργύρου, και επομένως αυτό το στρώμα είναι θετικά φορτισμένο. Με αυτόν τον τρόπο, ένα ηλεκτρικό διπλό στρώμα χωρικά διαχωρισμένων φορτίων αντίθετου πρόσημου προκύπτει στη διεπαφή μεταξύ του υγρού και του μετάλλου.

Αυτά τα φορτία θα αντιταχθούν στην περαιτέρω διέλευση του μετάλλου στο διάλυμα - οι αρνητικές πλάκες συγκρατούν το θετικό μεταλλικό ιόν και το θετικό φορτίο του ηλεκτρολύτη ωθεί το μεταλλικό ιόν πίσω προς την πλάκα. Με άλλα λόγια, το ηλεκτρικό πεδίο του διπλού στρώματος στη διεπιφάνεια μετάλλου-υγρού εξουδετερώνει την περαιτέρω μετάβαση των μεταλλικών ιόντων σε διάλυμα.Επικαθορίζεται μια ισορροπία μεταξύ των δυνάμεων της τάσης του μετάλλου να εισέρχεται σε διάλυμα, χημικής φύσης, και οι ηλεκτρικές δυνάμεις που αντιτίθενται.

Διάγραμμα σχηματισμού ηλεκτρικού διπλού στρώματος στη διεπιφάνεια μεταξύ ενός μετάλλου και ενός ηλεκτρολύτη

Έτσι, λόγω της διάλυσης στον ηλεκτρολύτη, το μεταλλικό ηλεκτρόδιο αποκτά ένα ορισμένο δυναμικό ηλεκτροδίου (με άλλα λόγια, ηλεκτροχημικό) σε σχέση με τον ηλεκτρολύτη, το οποίο εξαρτάται από το υλικό του ηλεκτροδίου και τη σύνθεση του ηλεκτρολύτη.

Ωστόσο, τα δυναμικά ηλεκτροδίων μπορεί να είναι θετικά. Αυτό συμβαίνει σε περιπτώσεις όπου τα θετικά ιόντα του διαλύματος περνούν στο ηλεκτρόδιο, φορτίζοντας το θετικά, και το στρώμα ηλεκτρολύτη - αρνητικά, για παράδειγμα, όταν μια πλάκα χαλκού βυθίζεται σε ένα επαρκώς συμπυκνωμένο διάλυμα θειικού χαλκού (CuSO)4).

Το ηλεκτρικό διπλό στρώμα μπορεί να παρομοιαστεί με έναν πυκνωτή, η μία από τις πλάκες του οποίου είναι η μεταλλική επιφάνεια και η άλλη είναι ένα στρώμα ιόντων σε διάλυμα στη μεταλλική επιφάνεια. Μεταξύ των αντίθετα φορτισμένων πλακών και υπάρχει διαφορά, ή άλμα, στο δυναμικό.

Το άλμα δυναμικού στη διεπαφή ηλεκτροδίου-διαλύματος μπορεί να χρησιμεύσει ως μέτρο της ικανότητας οξειδοαναγωγής του συστήματος. Ωστόσο, είναι αδύνατο να μετρηθεί ένα τέτοιο άλμα δυναμικού ή, ισοδύναμα, η διαφορά δυναμικού μεταξύ των δύο φάσεων. Μπορείτε όμως να μετρήσετε το e. και τα λοιπά. γ) στοιχεία που αποτελούνται από τα ηλεκτρόδια που μας ενδιαφέρουν και κάποιο ένα (το ίδιο σε όλες τις περιπτώσεις) ηλεκτρόδιο, το δυναμικό του οποίου υπό όρους υποτίθεται ότι είναι μηδέν.

Έχει μετρηθεί κ.λπ. γ. θα χαρακτηρίσει την οξειδοαναγωγική ικανότητα του ηλεκτροδίου που μας ενδιαφέρει σε σχέση με κάποιο υπό όρους μηδέν. Η τιμή που προκύπτει έτσι ονομάζεται εσωτερικό δυναμικό του μετάλλου.

Για τη μέτρηση του δυναμικού ηλεκτροδίου οποιουδήποτε μετάλλου, είναι απαραίτητο να τοποθετηθεί ένα δεύτερο ηλεκτρόδιο στον ηλεκτρολύτη, το οποίο με τη σειρά του θα έχει ένα ορισμένο δυναμικό ηλεκτροδίου, ανάλογα με το υλικό του. Επομένως, μόνο το αλγεβρικό άθροισμα δύο δυναμικών ηλεκτροδίων μπορεί να μετρηθεί απευθείας.

Για το λόγο αυτό, τα δυναμικά ηλεκτροδίων διαφόρων υλικών προσδιορίζονται σε σχέση με ένα πρότυπο (ένα ηλεκτρόδιο υδρογόνου, του οποίου το δυναμικό συνήθως λαμβάνεται ως μηδέν.

Άλλα ηλεκτρόδια αναφοράς των οποίων το δυναμικό σε σχέση με το πρότυπο ηλεκτρόδιο υδρογόνου είναι γνωστό μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για μέτρηση. Αυτό το δυναμικό βρίσκεται επίσης με βάση τη μέτρηση του e. και τα λοιπά. γ) ένα κύκλωμα που αποτελείται από ένα επιλεγμένο ηλεκτρόδιο αναφοράς και ένα τυπικό ηλεκτρόδιο υδρογόνου.

Εάν το μελετημένο ηλεκτρόδιο που είναι συνδεδεμένο σε ένα τυπικό ηλεκτρόδιο υδρογόνου είναι αρνητικό, τότε το πρόσημο » -» εκχωρείται στο εσωτερικό δυναμικό, διαφορετικά, το σύμβολο «+».

Για παράδειγμα, το δυναμικό ηλεκτροδίου ψευδάργυρου -0,76 V, χαλκού +0,34 V, αργύρου +0,8 V, μετρούμενο με αυτόν τον τρόπο σε διάλυμα του αντίστοιχου άλατος μετάλλου, προσδιορίζεται αφαιρώντας το πιο αρνητικό δυναμικό από το δυναμικό στο -θετικό.

Εάν δύο μεταλλικές πλάκες με διαφορετικό δυναμικό ηλεκτροδίου τοποθετηθούν στον αντίστοιχο ηλεκτρολύτη, για παράδειγμα, σε διάλυμα θειικού οξέος (H2SO4) τοποθετημένου ψευδαργύρου (Zn) και χαλκού (Cth), τότε ένα βολτόμετρο που συνδέεται με αυτές τις πλάκες θα δείξει μια τάση μεταξύ είναι λίγο περισσότερο από 1 V.

Αυτή η τάση, στην περίπτωση αυτή ονομάζεται e. και τα λοιπά. γ. γαλβανικό ζεύγος, θα οφείλεται στη διαφορά στα δυναμικά των ηλεκτροδίων του χαλκού, που έχει μικρό θετικό δυναμικό, και του ψευδαργύρου, που έχει σημαντικό αρνητικό δυναμικό. Μια τέτοια συσκευή είναι η απλούστερη γαλβανική κυψέλη — η κυψέλη Volta.

Σε ένα γαλβανικό στοιχείο, η χημική ενέργεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια και με τη βοήθειά της είναι δυνατή η εκτέλεση ηλεκτρικών εργασιών λόγω της ενέργειας μιας χημικής αντίδρασης.

Μέτρηση του e. και τα λοιπά. γ. Τα γαλβανικά στοιχεία πρέπει να παράγονται απουσία ρεύματος στο κύκλωμα του στοιχείου. Διαφορετικά, το μετρούμενο e. και τα λοιπά. s. θα είναι μικρότερη από την τιμή που ορίζεται ως τη διαφορά μεταξύ των δυναμικών ισορροπίας των δύο ηλεκτροδίων… Στην πραγματικότητα, μια ορισμένη συγκέντρωση ηλεκτρονίων στα ηλεκτρόδια αντιστοιχεί στο δυναμικό ισορροπίας: όσο πιο θετικό είναι χαμηλότερο, τόσο πιο αρνητικό είναι υψηλότερο. Κατά συνέπεια, η δομή αυτού του τμήματος του διπλού στρώματος που βρίσκεται σε διάλυμα είναι επίσης διαφορετική.

Μέτρηση του e. και τα λοιπά. μεένα στοιχείο χωρίς ροή ρεύματος παράγεται συνήθως με τη μέθοδο αντιστάθμισης. Για να το εφαρμόσετε, πρέπει να έχετε μερικά πρότυπο ε. κ.λπ. με Το λεγόμενο κανονικό στοιχείο χρησιμεύει ως τέτοιο πρότυπο. Συνηθέστερα χρησιμοποιούν το κανονικό στοιχείο υδραργύρου-καδμίου του Weston, π.χ. και τα λοιπά. με το οποίο είναι ίσο με 1,01830 V στους 20 ° C.