Przeczytaj
ElektrochemiaElektrochemia bada zależności między reakcjami redoks a zjawiskami fizycznymi, które wiążą się z przepływem prądu. Jeśli w roztworze jonów umieścisz sztabkę cynkową, to zaobserwujesz, jak pokryje się warstewką miedzi. Równocześnie jony cynku będą przechodzić do roztworu.
Półogniwa
Substancje przewodzące prąd elektryczny to przewodnikiprzewodniki. Można je podzielić w sposób przedstawiony na poniższym schemacie.
Układ złożony z bezpośrednio stykających się ze sobą przewodników, jonowych i elektronowych, to półogniwo. Jeśli metal styka się z roztworem, wówczas na ich granicy tworzy się podwójna warstwa elektryczna. Dzięki tej warstwie, złożonej z jonów elektrolituelektrolitu i cząsteczek rozpuszczalnika, elektrodaelektroda uzyskuje pewien potencjał elektryczny (potencjał elektrodypotencjał elektrody), który zależy od rodzaju metalu, rodzaju elektrolitu i stężeń jonów w roztworze.
Ilościowo potencjał elektrody metalicznej określa wzór Nernsta, zapisany następująco:
gdzie:
– potencjał standardowy elektrody [];
– uniwersalna stała gazowa lub ;
– temperatura [];
– liczba elektronów biorących udział w reakcji elektrodowej;
– stała Faradaya (96 500 );
– stężenie molowe jonów metalu w roztworze .
Potencjał standardowy półogniwa to potencjał półogniwa zbudowanego z metalu i zanurzonego w roztworze, w którym stężenie jonów potencjałotwórczych wynosi , a wszystkie gazy są pod ciśnieniem w temperaturze (). Jest on mierzony w stosunku do standardowej elektrody wodorowej.
Wzór Nernsta można zapisać w formie najbardziej ogólnej:
gdzie:
– potencjał standardowy elektrody;
– uniwersalna stała gazowa lub ;
– temperatura [];
– liczba elektronów biorących udział w reakcji elektrodowej;
– stała Faradaya (96 500 );
– stężenie molowe formy utlenionej substancji;
– stężenie molowe formy zredukowanej substancji.
Poniższa tabela przedstawia sposoby podziału półogniw.
Półogniwa | |||
---|---|---|---|
Podział ze względu na ładunek jonu biorącego udział w reakcji elektrodowej | Podział ze względu na uczestnictwo elektrody w reakcji elektrodowej | ||
odwracalne względem kationu | odwracalne względem anionu | elektroda bierze udział w reakcji elektrodowej | elektroda nie bierze udziału w reakcji elektrodowej |
półogniwa: – metaliczne | półogniwa: – gazowe |
Charakterystyka poszczególnych typów półogniw
Półogniwa metaliczne
Metal (jako elektroda biorąca udział w reakcji) zanurzony w roztworze swoich jonów .
Półogniwo odwracalne względem kationów
Metal użyty w półogniwie metalicznym jako elektroda, nie może reagować w temperaturze pokojowej z wodą, co wyklucza używanie większości metali aktywnych.
Półogniwa gazowe
Metal szlachetny (platyna) jako elektroda, która nie bierze udziału w reakcji elektrodowej, zanurzona w roztworze z jonami potencjałotwórczymi i omywana odpowiednim gazem, np.:
półogniwo wodorowe (półogniwo odwracalne względem kationu):
półogniwo chlorowe:
Półogniwa redoks
Metal szlachetny (platyna), jako elektroda, która nie bierze udziału w reakcji elektrodowej, zanurzona w roztworze, który zawiera jony danego pierwiastka na różnych stopniach utlenienia, np.:
lub:
Półogniwa rodzaju
Płytka czystego metalu pokryta trudno rozpuszczalną solą tego metalu, zanurzona w roztworze o wspólnym anionie (półogniwo odwracalne względem anionu), np.:
Zestawienie standardowych potencjałów półogniw metalicznych, uporządkowanych według rosnących wartości, tworzy tzw. szereg napięciowy metali, w którym:
ujemna wartość potencjału w szeregu wskazuje, że metal ma większą zdolność do utraty elektronów niż wodór (większą zdolność metalu do utleniania się) i jest silniejszym reduktorem;
najbardziej aktywne metale znajdują się na początku szeregu napięciowego, a najmniej aktywne na końcu (metale szlachetne);
metal bardziej aktywny wypiera metal mniej aktywny z roztworu jego soli;
wraz ze wzrostem wartości potencjału rosną właściwości utleniające jonów metali;
metale o ujemnym potencjale wypierają wodór z kwasów słabo utleniających.
Właściwości metali w szeregu napięciowym zmieniają się zgodnie z poniższym schematem.
Słownik
dział chemii fizycznej; nauka zajmująca się współzależnością zjawisk elektrycznych i reakcji chemicznych
ciała dobrze przewodzące ciepło (przewodniki cieplne) lub prąd elektryczny (przewodniki elektryczne) w warunkach normalnych (temperatura , ciśnienie )
(gr. ḗlektron „bursztyn”, lytós „rozpuszczalny”) przewodnik elektryczny jonowy (zwany też przewodnikiem drugiego rodzaju), w którym poruszające się jony przenoszą ładunki elektryczne i przewodzenie prądu zawsze jest związane z transportem masy
układ złożony z przewodnika elektronowego (metal, półprzewodnik), stykającego się z przewodnikiem jonowym (najczęściej ciekłym elektrolitem), w którym może przebiegać reakcja elektrodowa utleniania–redukcji
charakterystyczna dla każdej elektrody (półogniwa) różnica potencjałów Galvaniego (potencjał elektryczny fazy) między fazami tworzącymi tę elektrodę (np. elektrolitem i metalem), która powstaje jako konsekwencja uformowania się elektrycznej warstwy podwójnej
Bibliografia
Bielański A., Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa .
Jones L., Atkins P., Chemia ogólna. Cząsteczki, materia, reakcje, tłum. J. Kuryłowicz, Warszawa .
Krzeczkowska M., Loch J., Mizera A., Repetytorium chemia: Liceum – poziom podstawowy i rozszerzony, Warszawa – Bielsko–Biała .