Стандартный электродный потенциал - Standard electrode potential

В электрохимия, стандартный электродный потенциал (E°) определяется как измеряет индивидуальный потенциал обратимого электрода в стандартном состоянии с ионами при эффективной концентрации 1 моль дм⁻³ при давлении 1 атм.^{[нужна цитата ]}

Основа для электрохимическая ячейка, такой как гальванический элемент, всегда окислительно-восстановительная реакция которые можно разбить на два полуреакции: окисление на аноде (потеря электронов) и снижение на катоде (усиление электрона). Электричество создается за счет электрический потенциал разница между двумя электродами. Эта разность потенциалов создается в результате разницы между отдельными потенциалами двух металлов. электроды с уважением к электролит. (Обратимый электрод - это электрод, который обладает своим потенциалом изменения обратимого характера, в отличие от электродов, используемых в гальванике, которые разрушаются во время их использования.) Это мера снижения мощности любого элемента или соединения.

Хотя общий потенциал ячейки можно измерить, нет простого способа точно измерить электродный / электролитный потенциалы в изоляции. Электрический потенциал также зависит от температуры, концентрации и давления. Поскольку окислительный потенциал полуреакции является отрицательным по отношению к восстановительному потенциалу окислительно-восстановительной реакции, достаточно рассчитать любой из потенциалов. Поэтому стандартный электродный потенциал обычно записывается как стандартный восстановительный потенциал. На каждой границе раздела электрод-электролит есть тенденция ионов металла из раствора осаждаться на металлическом электроде, пытаясь сделать его положительно заряженным. В то же время атомы металла электрода имеют тенденцию переходить в раствор в виде ионов и оставлять электроны на электроде, пытаясь сделать его отрицательно заряженным. В состоянии равновесия происходит разделение зарядов, и в зависимости от тенденций двух противоположных реакций электрод может быть заряжен положительно или отрицательно по отношению к раствору. Между электродом и электролитом возникает разность потенциалов, которая называется электродный потенциал. Когда концентрации всех частиц, участвующих в полуячейке, равны единице, тогда электродный потенциал известен как стандартный электродный потенциал. Согласно соглашению IUPAC, стандартные восстановительные потенциалы теперь называются стандартными электродными потенциалами. В гальваническом элементе полуэлемент, в котором происходит окисление, называется анодом, и он имеет отрицательный потенциал по отношению к раствору. Другая полуячейка, в которой происходит восстановление, называется катодом и имеет положительный потенциал по отношению к раствору. Таким образом, между двумя электродами существует разность потенциалов, и как только переключатель находится в положении «включено», электроны перетекают от отрицательного электрода к положительному. Направление тока противоположно направлению потока электронов.

Расчет

Электродный потенциал нельзя получить эмпирически. В гальванический элемент потенциальные результаты от пара электродов. Таким образом, для пары электродов доступно только одно эмпирическое значение, и невозможно определить значение для каждого электрода в паре, используя эмпирически полученный потенциал гальванической ячейки. Электрод сравнения, стандартный водородный электрод (SHE), для которой потенциал равен определенный или согласовано конвенцией, необходимо установить. В этом случае для стандартного водородного электрода установлено значение 0,00 В, и любой электрод, для которого потенциал электрода еще не известен, можно соединить со стандартным водородным электродом, чтобы сформировать гальваническую ячейку, а потенциал гальванической ячейки дает неизвестный потенциал электрода. . Используя этот процесс, любой электрод с неизвестным потенциалом может быть соединен либо со стандартным водородным электродом, либо с другим электродом, для которого потенциал уже определен и это неизвестное значение может быть установлено.

Поскольку электродные потенциалы обычно определяются как потенциалы восстановления, знак потенциала окисляемого металлического электрода должен быть изменен на противоположный при вычислении общего потенциала ячейки. Потенциалы электродов не зависят от количества перенесенных электронов - они выражаются в вольтах, которые измеряют энергию, приходящуюся на один перенесенный электрон, - поэтому два электродных потенциала можно просто объединить, чтобы получить общий клетка потенциал, даже если в двухэлектродных реакциях участвует разное количество электронов.

Для практических измерений рассматриваемый электрод подключается к положительной клемме электрометр, а стандартный водородный электрод подключен к отрицательной клемме.^[1]

Таблица стандартных восстановительных потенциалов

Чем больше значение стандартных потенциалов восстановления, тем легче элементу уменьшить (получить электроны ); другими словами, они лучше окислители. Например, F₂ имеет 2,87 В и Li⁺ имеет -3,05 В. F легко восстанавливается и поэтому является хорошим окислителем. Напротив, Ли_(s) скорее подвергнется окислению (следовательно, хороший Восстановитель ). Таким образом, Zn²⁺ чей стандартный восстановительный потенциал составляет -0,76 В, может быть окислен любым другим электродом, стандартный восстановительный потенциал которого больше -0,76 В (например, H⁺(0 В), Cu²⁺(0,34 В), F₂(2,87 В)) и может быть уменьшенный любым электродом со стандартным восстановительным потенциалом менее -0,76 В (например, H₂(−2,23 В), Na⁺(−2,71 В), Li⁺(-3,05 В)).

В гальваническом элементе, где спонтанный окислительно-восстановительная реакция заставляет клетку производить электрический потенциал, Свободная энергия Гиббса Δграмм° должно быть отрицательным в соответствии со следующим уравнением:

Δграмм°_клетка = −nFE°_клетка

куда п количество родинки электронов на моль продуктов и F это Постоянная Фарадея, ~ 96485 Кл / моль. Таким образом, применяются следующие правила:

Если E°_клетка > 0, то процесс самопроизвольный (гальванический элемент )

Если E°_клетка <0, то процесс несамопроизвольный (электролитическая ячейка )

Таким образом, для самопроизвольной реакции (ΔG ° <0), E°_клетка должно быть положительным, где:

E°_клетка = E°_катод − E°_анод

куда E°_анод - стандартный потенциал на аноде и E°_катод - стандартный потенциал на катоде, указанный в таблице стандартных электродных потенциалов.

Смотрите также

дальнейшее чтение

Зумдал, Стивен С., Зумдал, Сьюзан А. (2000) Химия (5-е изд.), Houghton Mifflin Company. ISBN 0-395-98583-8
Аткинс, Питер, Джонс, Лоретта (2005) Химические принципы (3-е изд.), W.H. Фримен и компания. ISBN 0-7167-5701-X
Zu, Y, Couture, MM, Kolling, DR, Crofts, AR, Eltis, LD, Fee, JA, Hirst, J (2003) Биохимия, 42, 12400-12408
Шаттлворт, SJ (1820) Электрохимия (50-е изд.), Харпер Коллинз.

внешняя ссылка

[1] ИЮПАК определение электродного потенциала

[1]