Лекции по химии: Электрохимические процессы

Понятие о стандартных потенциалах. Химические источники тока.

ЭДС гальванического элемента.

Уравнение Нернста.

Электрохимическая коррозия металлов. Коррозионный потенциал.

Основные методы защиты от коррозии. Электролиз расплавов и растворов.

Химические процессы, которые сопровождаются возникновением электрического тока или, наоборот, сами вызываются им, называют электрохимическими. Растворы электролитов проводят электрический ток за счет легко подвижных (+) и (–) ионов. На границе раздела фаз возникает контактная разность потенциалов, происходит направленное перемещение электронов из материала с более высокой энергией в материал с меньшей энергией. Например, при сваривании и стержней в месте контакта возникает разность потенциалов.

Разность потенциалов возникает и при погружении металла в воду. На границе возникает двойной электронный слой, за счет растворения металла в воде, обусловленное возрастанием энтропии (т.к. система стремится к неупорядоченному состоянию).

Металлический электрод заряжается отрицательно, в поверхностном растворе концентрируются (+) катионы Металла. Возникает контактная разность потенциалов из-за разности работ выхода электронов. Под работой выхода понимают количество энергии, которое необходимо затратить для удаления электрона из металла.

Величина электродного потенциала, т.е. скачка потенциала на границе металл – раствор, определяется прежде всего природой металла и раствора. Кроме того, она зависит от t˚, С и других факторов. Поэтому для сравнения электродных потенциалов выбираются стандартные условия: 25˚С – 298К, 1атм и в растворе с активностью одноименного иона = единице. (в 1 М растворе). Абсолютное значение электродных потенциалов измерить невозможно, в связи с этим измеряют разность потенциалов между данным электродом и электродом сравнения, потенциал которого условно принимают равным нулю. В качестве стандартного электрода сравнения используется водородный электрод.

Его изготовляют из губчатой Pt (платины) с сильно развитой поверхностью (платиновая чернь) и погружают в раствор кислоты с активностью ионов водорода = 1. Через раствор пропускают Н₂ под давлением 1 атм, который адсорбируется Pt. Электродный потенциалы, измеренные по отношению к водородному электроду в стандартных условиях, называются стандартными, если металлический электрод погружен в 1 М раствор своей соли и нормальными, если электрод погружен в 1 N раствор соли.

В зависимости от величины и знака стандартного электродного потенциала относительно потенциала водородного электрода все металлы можно расположить в ряд напряжений и ряд, установленный Н.Н. Бекетовым, по взаимному вытеснению металлов.

Например:

На основании ряда напряжений сделано 2 важных заключения:

1) металлы, обладающие более отрицательным электродным потенциалом, способны вытеснять менее активные металлы из водных растворов их солей.

2) металлы, стоящие в ряду напряжений до водорода вытесняют его из кислот

Переход ионов металла с электрода в раствор приводит к равновесию реакции окисления – восстановления. Этому равновесному состоянию отвечает потенциал Е, который можно определить по формуле Нернста.

отношение – концентрации ионов металла