Электродвижущая сила элемента (эдс)

Максимальная разность потенциалов электродов, которая может быть получена при работе гальванического элемента, называется электродвижущей силой элемента.

Она равна разности равновесных потенциалов катода и анода элемента.

E = _к - _а

По уравнению, связывающему химическую и электрическую энергии при известных значениях энергии Гиббса реакции, рассчитывают величину E:

G = -nFE ,

где n - число электронов, участвующих в процессе;

F - постоянная Фарадея, равная 965485 Кл/моль;

E - ЭДС гальванического элемента.

Водородная шкала потенциалов

Наиболее часто в качестве электрода сравнения (эталона) принято использовать водородный электрод. Поэтому измеряют ЭДС гальванического элемента, составленного из исследуемого и стандартного водородного электрода, потенциал которого считают равным нулю.

Схему такого элемента записывают следующим образом: слева - водородный электрод, справа - измеряемый электрод. Например, схема гальванического элемента для измерения потенциала цинкового электрода имеет вид:

H₂, Pt | H⁺ || Zn²⁺ | Zn,

а схема элемента для измерения потенциала медного электрода:

H₂, Pt | H⁺ || Cu²⁺ | Cu,

ЭДС элемента равна разности потенциалов правого и левого электродов:

E_э = _п - _л

А так как потенциал левого электрода условно принимают равным нулю, то ЭДС измеряемого элемента будет равна потенциалу правого электрода, т.е. стандартному электродному потенциалу. Для водородно-цинкового элемента ЭДС равна:

E_э = - = = -0,763 B

т.е. водородный электрод заряжен менее отрицательно, чем цинковый. Таким образом, во внешней цепи электроны перемещаются от цинкового электрода к водородному. Для медно-водородного электрода:

E_э = - = = +0,337 B

т.е. медный электрод заряжен более положительно, чем водородный.

Стандартные потенциалы металлических электродов в водных растворах приведены в справочной литературе. Величины стандартных ЭП металлов () являются мерой восстановительной способности их атомов и мерой окислительной способности ионов металлов.

Чем более отрицательное значение имеет потенциал системы Меⁿ⁺/Ме, тем более сильной восстановительной способностью обладает атом. И наоборот, чем более положителен потенциал металлического электрода, тем более сильной окислительной способностью обладают его ионы. Например, к наиболее сильным восстановителям (в водном растворе) относится литий ( = -3,04 B), а к наиболее сильным окислителям - ионы золота Au³⁺, Au⁺ ( = +1,50 B, = +1,69 B).

Потенциалы металлических электродов

Электродный потенциал любой окислительно-восстановительной системы, находящейся в нестандартных условиях, можно рассчитать по уравнению Нернста:

где:  - электродный потенциал окислительно-восстановительного электрода, В;

- стандартный электродный потенциал этого электрода, В;

R - универсальная газовая постоянная, равная 8,314 Дж/мольК

T - температура, K;

n - число электронов в уравнении электродной реакции;

F - число Фарадея, равное 96500 Кл/моль ;

_ок., _восст. - активности окисленной формы восстановителя (Меⁿ⁺) и восстановленной формы окислителя (Ме) в электродной реакции.

Преобразуем выражение:

Для разбавленных растворов, в которых активности мало отличаются от концентрации (a  С):

Величина называется стандартным ЭП металлического электрода.

Стандартным потенциалом металлического электрода называют потенциал этого электрода в растворе собственных ионов с концентрацией 1 моль/л при стандартной температуре 298 К, измеренный по сравнению с потенциалом стандартного водородного электрода, потенциал которого условно принят равным нулю.