ОКИСЛЕНИЯ И ВОССТАНОВЛЕНИЕ

3. Электрохимия

3.2. Электрохимический ряд напряжений металлов

Чтобы использовать окислительно-восстановительную реакцию, которая проходит между металлом и ионами менее активного металла, для получения электрической энергии, также нужно провести пространственное разделение «партнеров» окислительно-восстановительной реакции.

Пример. Если пластинку железа поместить в раствор, содержащий ионы Железа, а медную пластинку в раствор, содержащий ионы Купруму, то между двумя металлами возникнет электрическая напряжение. Если проводником соединить пластинки, которые являются двумя полюсами, с электрическим прибором, то от железа к меди будет проходить электрический ток.

Металлы, погруженные в раствор одноименных ионов, образуют гальванический полуэлемент. Они имеют определенную способность отдавать электроны и переходить в раствор как ионы.

Соответствующие ионы металлов стремятся в свою очередь получить электроны и осесть в решетку металлов.

Поэтому, если опустить металл в раствор соли, содержащей соответствующие ионы металлов, то между металлом и ионами этой сопряженной окислительно-восстановительной пары устанавливается равновесие реакции:

По одинаковый промежуток времени в раствор переходит столько атомов металлов, что отдали электроны, сколько ионов металлов, которые приняли электроны, перешедшие в металлическую решетку.

Поэтому на границе между металлом и раствором образуется двойной электрический слой, который можно сравнить с заряженным конденсатором.

Разницу зарядов в граничном слое называют электродным потенциалом, который имеет определенное значение для каждой окислительно-восстановительной пары, состоящей из металла и связанного иона металла.

Запомните: электродный потенциал зависит от вида окислительно-восстановительной пары и от концентрации ионов в растворе. Окислительно-восстановительные (электродные) потенциалы недоступны для прямого измерения. Поэтому для сравнения используют другую окислительно-восстановительную пару и определяют разность потенциалов.

По точку отсчета для сравнения электродных потенциалов используют равновесие между элементарным водородом и ионами гідроксонію (упрощенно Н⁺):

Этот так называемый стандартный водородный электрод является платиновой пластинкой, которая омывается газообразным водородом, которая погружена в раствор кислоты с концентрацией с(Н₃О⁺) = 1 моль/л при температуре Т = 298 К (= 25 °С).

Окислительно-восстановительный потенциал стандартного водородного электрода принято считать равным нулю Е⁰_Н = 0 В.

Разную способность металлов переходить в раствор путем отдачи электронов выражают электрохимическим рядом напряжений, в основе которых лежат их стандартные потенциалы, этот ряд соответствует окислительно-восстановительном ряду металлов.

Запомните: стандартный потенциал активных металлов, растворимых в кислотах, - негативный, стандартный потенциал неактивных металлов, нерастворимых в кислотах, - положительный.

Стандартные потенциалы двух окислительно-восстановительных пар позволяют рассчитать напряжение между соответствующими напівелементами так называемого гальванического элемента. При этом необходимо наличие стандартных условий, т.е. концентрация растворенных ионов должна составлять с = 1 моль/л.

Пример. Элемент Даниэля состоит из медного и цинкового электродов, погруженных соответственно в раствор купрум(II) сульфата и цинка сульфата. Напряжение между электродами составляет

При этом цинковый электрод является отрицательным электродом, поскольку отдает электроны меди:

Внимание: в гальваническом элементе электроны переходят от окислительно-восстановительной пары с более отрицательным потенциалом к окислительно-восстановительной пары с более положительным потенциалом.