Стандартные электродные потенциалы металлов. Ур Нернста.

Русский ученый Бекетов изучал действие различных металлов на разбавленные кислоты и воду и заметил, что наиболее активно ведут себя щелочные металлы.

Существует вытеснительный ряд металлов:

К, Na, Са, Mg, Al, Mn, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb,H₂, Cи, Hg, Ag, Au.

Все металлы, стоящие в этом ряду левее водорода, вытесняют водород из разбавленных кислот.

Современное название этого ряда - «Электрохимический ряд напряжений», так как положение каждого металла в этом ряду определяется величиной так называемого электродного потенциала. (Напомним , что электрическим потенциалом называют величину, соответствующую энергии, которую нужно затратить (положительный потенциал) или которую можно получить (отрицательный потенциал) при переносе единицы электричества из бесконечности в данную точку).

Если погрузить пластинку металла в воду, то под действием полярных молекул воды часть катионов перейдет в жидкость, а электроны останутся на пластинке металла, в результате чего металл зарядится отрицательно.

Катионы, перешедшие в жидкость, располагаются вблизи поверхности отрицательно заряженной пластинки металла, в результате чего образуется двойной электрический слой ( Вода положительно (+), а метал - )

Под действием двух противоположно направленных сил (электростатического притяжения со стороны металла и теплового движения) имеет диффузное строение, т.е. он проникает в жидкость на некоторую глубину.

На месте соприкосновения жидкости с металлом возникает определенная разность потенциалов (так называемый скачок потенциала). Ясно, что чем активнее металл, тем легче будут диссоциировать его атомы под действием полярных молекул воды и тем, следовательно, большим будет отрицательный заряд металла, что, в свою очередь, обусловит бльшую разность потенциалов на границе металл – жидкость.

Процесс перехода ионов металла в жидкость является обратимым процессом. Поэтому, если погрузить пластинку металла не в воду, а в раствор соли этого металла, то равновесие будет смещено: из металла в раствор будет переходить меньше ионов и разность потенциалов на границе металл-раствор будет несколько иной, чем в первом случае.

Разность потенциалов, возникающую между металлом и раствором его соли, называют электродным потенциалом.

Величина электродного потенциала определяется прежде всего природой металла и раствора. Кроме того, она зависит от температуры, концентрации раствора и других факторов. Стандартным электродным потенциаломназывается электродный потенциал при концентрации (точнее, активности) иона металла, равной единице, т.е. 1моль/л.

Абсолютное значение электродного потенциала измерить невозможно. В качестве стандартного электрода сравнения используют так называемый водородный электрод.«Водородный электрод» состоит из платиновой пластинки, погруженной в раствор серной кислоты с концентрацией ионов водорода 1моль/л.

Если пластинку металла, погруженную в раствор его соли с концентрацией иона металла 1 моль/л, соединить электролитическим ключом с водородным электродом, то получится гальванический элемент, ЭДС которого будет являться числовым значением стандартного электродного потенциала данного металла при температуре измерения.

Величина потенциала металла зависит от температуры и от концентрации ионов металла в растворе. Математически эта зависимость определяется уравнением Нернста:

= ^о + InC,

где – потенциал металла при данной концентрации его ионов, В;

^о- стандартный электродный потенциал металла, В; R – универсальная газовая постоянная, равная 8,31 Дж/(моль К); Т–абсолютная температура, К; F-число Фарадея, равное 96500 Кл/моль е; n-число молей электронов, участвующих в процессе; С – концентрация ионов металла в растворе, моль/л.