Электрохимия. Гальванические элементы

Электрохимия. Гальванические элементы. Электропотенциал В окислительно-восстановительных реакциях происходит переход электронов от одних атомов или ионов к другим. При этом энергия химической реакции превращается в тепловую. Аналогичные окислительно-восстановительные процессы протекают в приборах, называемых гальваническими элементами. В этом случае химическая энергия превращается в электрическую. В гальванических элементах реакции окисления и восстановления протекают при отсутствии непосредственного контакта между реагирующими веществами, и переход электронов осуществляется с помощью металлического проводника, соединяющего окислитель и восстановитель. Механизм действия гальванических элементов тесно связан с особенностями кристаллической структуры металлов. Как известно, в узлах кристаллической решетки металлов находятся ионы. При погружении металла в воду ионы поверхностного слоя под действием полярных молекул воды отрываются от металла и гидротированном состоянии переходят в водную среду. В следствии этого раствор в непосредственной близости к металлу заряжается положительно. Переход ионов в воду создает в самом металле избыток свободных электронов, придающих металлу отрицательный заряд. Благодаря возникновению отрицательного заряда к металлу притягиваются обратно перешедшие в воду положительно заряженные ионы. В результате очень быстро наступает равновесие, при котором число ионов, переходящих в единицу времени с металла в раствор, становится равным числу ионов, возвращающихся на металл. Металл + вода = гидротированные + электроны ионы металла в в кристалле растворе металла Между металлом и окружающей его водной средой создается некоторая разность потенциалов, которую принято называть электродным потенциалом металла. Электродный потенциал, соответствующий состоянию равновесия, при котором скорость перехода ионов в раствор равняется скорости обратного их осаждения, называется равновесным потенциалом. При погружении различных металлов в воду величины возникающих потенциалов различны. Чем активнее металл, тем больше ионов переходит в окружающую водную среду, следовательно, тем больше величина отрицательного заряда, возникающего на металлической пластинке. Однако во всех случаях при установившемся равновесии концентрация ионов металла в растворе мала. Смещение равновесия вправо может быть достигнуто отводом электронов с металла. Такие условия создается в гальванических элементах. Цинк и медь, погруженные соответственно в растворы солей ZnSO4 иCuSO4, называются электродами гальванического элемента. Растворы обеих солей отделены друг от друга пористой перегородкой П. Ионы более активного металла - цинка переходят в раствор соли; ионы меди в этих условиях адсорбируются на медной пластинке. При соединении обеих электродов проводником электроны переходят от цинка к меди. Переход электронов приводит к нарушению равновесия на границах обеих металлов с окружающими их растворами. С цинкового электрода новые количества ионов Zn переходят в раствор, т.е. цинк растворяется, окисляется. Находящиеся в растворе сернокислый меди ионы Cu переходят на медный электрод и присоединяют поступающие на него электроны, т.е. восстанавливаются; при этом образуется нейтральные атомы Cu, которые осаждаются на поверхности медного ...