Міністерство охорони здоров'я України Вінницький національний медичний університет ім.М.І.Пирогова ФІЗИЧНА І КОЛОЇДНА ХІМІЯ Конспект лекцій для студентів 2-го курсу денного відділення фармацевтичного факультету 7. ЕЛЕКТРОДНІ ПОТЕНЦІАЛИ ТА ЕЛЕКТРОРУШІЙНІ СИЛИ м. Вінниця, 2004 р. 1 При контакті провідника першого рода (електрода) з полярним розчинником (водою) або розчином електроліту на межі електрод-рідина виникає т.з. подвійний електричний шар (ПЕШ). Як приклад розглянемо мідний електрод, занурений до води або в розчин сульфата міді. При зануренні мідного електроду до води частина позитивних іонів міді, які знаходяться в вузлах кристалічної решітки, внаслідок взаємодії з диполями води буде переходити до розчину. Негативний заряд, який виникає при цьому на електроді буде утримувати іони, яки перейшли до розчину, в приелектродному просторі. Завдяки цьому утворюється подвійний електричний шар (рис. А). Негативний заряд на електроді буде перешкоджати подальшому переходу іонів міді до розчину і через деякий час встановиться динамічна рівновага, яку можно однозначно охарактеризовати потенціалом електричного поля ПЕШ , який залежить від заряда на електроді, або рівноважною концентрацією іонів в приелектродному шарі С0. При зануренні мідного електрода до розчину CuSO4 , концентрація іонів мідя в якому дорівнює С, можливі три випадки: 1. С < Со. Оскільки концентраці іонів міді в поверхневому шарі менше рівноважної, почнеться перехід іонів з електрода до розчину; електрод заряджатиметься негативно, в поверхневму шарі розчина катіонів буде більше, ніж аніонів (рис. А). 2. С > Со. Оскільки концентраці іонів міді в поверхневому шарі більше рівноважної, почнеться перехід іонів з розчину до електрода; електрод заряджатиметься позитивно, в поверхневму шарі розчина аніонів SO4 буде більше, ніж катіонів (рис. В). 3. С = Со. Оскільки концентрація іонів міді в поверхневому шарі дорівнює рівноважній (такі розчини називають нульовими), заряд на електроді не виникає, подвійний електричний шар не утворюється. Лекція 7. Електродні потенціали та електрорушійні сили 2 Розглянемо простий гальванічний елемент Даніеля-Якобі, який складається з двох полуелементів - цинкової та мідної пластин, занурених до розчинів сульфатів цинка і міді відповідно, які з’єднані між собою т.з. електролітичним ключом (містком) - наприклад, паперової стрічнки, змоченої розчином будь-якого електроліта, або трубки, заповненої агаром на розчині електроліту. Гальванічний елемент записують умовною схемой. Ліворуч записують негативний електрод (в нашому випадку це цинк), потім через риску розчин, в який він занурений (ZnS04). Далі через дві риски записують розчин, с яким контактує позитивний електрод (CuS04) і далі другий електрод (Сu). (-) ZnZnSO4 CuSO4 Cu (+) На поверхні кожного з електродів має місце динамічна рівновага переходу іонів метала з електрода до розчину і назад, яка характеризується потенціалом ПЕШ (зарядом на електроді q). Якщо з’єднати мідний і цинковий електроди металічним дротом, негайно відбудеться перерозподіл зарядів - електрони почнуть пересуватися з електрода з більш негативним зарядом (в нашому випадку - цинкового) на електрод з більш позитивним зарядом (мідний), тобто в дроті виникне електричний струм. Зміна величини заряда кожного з електродів порушує рівновагу - на цинковому електроді почнеться процес переходу іонів з електрода в розчин (окислення металлу), на мідному - з розчину в електрод (відновлення металу); при цьому процес на одному електроді обумовлює одночасний протилежний процес на іншому: На цинковому електроді відбувається процес окислення: Zno - 2e Zn2+ На мідному - процес відновлення: Cu2+ + 2e Cuo В цілому: Znо + Cu2+ = Zn2+ + Cuо (мідь - окисник, цинк -відновник) Електрод, на якому при роботі гальванічного елемента протікає процес окислення, називають анодом, електрод, на якому йде процес відновлення - катодом. Таким чином, гальвані...