ЭЛЕКТРОХИМИЯ ГЕТЕРОГЕННЫХ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОДИКА Лекция 7 Предмет

ЭЛЕКТРОХИМИЯ ГЕТЕРОГЕННЫХ СИСТЕМ (ЭЛЕКТРОДИКА) Лекция 7

Предмет электродики Это свойства систем, включающих заряженные межфазные границы, в том числе • «металл | раствор электролита» , • «металл | твердый электролит» , • «неметаллический материал | раствор • электролита» , • граница двух растворов и др.

Электрохимический потенциал • Электрохимический потенциал — физическая величина, связывающая • химический потенциал (μ) и электрический потенциал (φ) некоторой электрохимической системы соотношением: • A = μ + e·φ • где А — работа, нарушающая электрохимическое равновесие системы; • e — элементарный заряд частицы.

Электрохимическая свободная энергия Гиббса

Схема формирования электрохимического потенциала в определенной фазе Φα – внутренний потенциал фазы α – работа перенесения единичного воображаемого заряда из бесконечности в вакууме в фазу α ψα – внешний (кулоновский) потенциал, обусловленный свободными электростатическими зарядами фазы α χα – поверхностный потенциал фазы α, обусловленный ориентацией диполей растворителя на поверхности

Внутренний, внешний и поверхностный потенциалы

Межфазный потенциал. Гальванипотенциал

Гальвани-потенциал и вольтапотенциал

Условие равновесия обратимой реакции с участием заряженных частиц

Эмиссия электронов из проводников Электрон свободен только в границах металла. Как только он пытается перейти границу «металл – вакуум» , возникает кулоновская сила притяжения между электроном и образовавшимся на поверхности избыточным положительным зарядом

Разность потенциалов на поверхности металла Вблизи от поверхности образуется электронное облако, и на границе раздела формируется двойной электрический слой с разностью потенциалов

Скачки потенциала на границе металла • Так как в пределах металла электроны свободны, и их энергия взаимодействия с узлами решетки равна нулю. • За пределами металла электрон приобретает энергию W 0. Это энергия притяжения, поэтому

Работа выхода электрона • Для того, чтобы покинуть металл, электрон должен преодолеть потенциальный барьер и совершить работу

Равновесие на границе двух металлов

Граница металла М с раствором, содержащим ионы того же металла.

Электрохимическая цепь

Алессандро Вольта. Изобретатель источника постоянного электрического тока (1745– 1827) • Алессандро Вольта, итальянский физик, химик и физиолог, установил, что электрический ток возникал в том случае, когда между двумя металлическими дисками, например цинковым и медным, помещали пропитанный соленой водой губчатый материал (сукно или бумагу) и замыкали цепь. Последовательно соединив двадцать таких элементов, Вольта в 1800 г. создал первый химический источник тока – вольтов столб. Вольта назвал источник тока гальваническим элементом в честь своего предшественника, также итальянского ученого, Гальвани.

Равновесная электрохимическая цепь. ЭДС

Равновесие на границе Ме-Ме и Мегаз

Равновесие на границе Ме-соль Ме

Эмпирическое определение изменения свободной энергии

Диффузионный потенциал - это гальванипотенциал, возникающий на границе двух растворов разного состава.

Электрохимическая цепь с переносом • Электрохимическая цепь, содержащая границу двух растворов, называется цепью с переносом • М 1 |раствор 1 раствор 2 | М 1 • Пунктирная вертикальная черта указывает на существование диффузного потенциала между двумя растворами

Элиминирование диффузного потенциала

Ошибки измерений при появлении диффузного потенциала

Измерение электродвижущей силы E

Зависимость ЭДС от активностей компонентов

уравнение Нернста для ЭДС электрохимической цепи

Вальтер Нернст. Один из основоположников физической химии (1864– 1941)

Контрольные вопросы • Чем вызываются неравновесные явления в растворах электролитов • В чем основное отличие удельной и эквивалентной электропроводности • Какой механизм объясняет электропроводность воды • Каким потоком обеспечивается электропроводность • Из каких потенциалов складывается электрохимический потенциал