Электродом гальванического элемента называется система, состоящая из металла, погруженного в раствор ионов этого же металла.

При соединении медной и цинковой пластинок металлическим проводником ионы более активного металла (цинка) переходят в раствор,

адсорбируются на пластинке и электроны, имеющиеся в избытке на цинковой пластинке пойдут от цинковой пластинки к медной, в результате чего возникнет электрический ток. Электроны, попадая на медную пластинку, нейтрализуют ионы меди, имеющиеся в растворе и ионы меди осаждаются на медной пластинке. Уменьшение электронов на цинковой пластинке компенсируется переходом в раствор новых ионов цинка, нарушается ДЭС, при этом сульфат-ионы переходят от медной пластинке к цинковой.

Электрод, на котором идет процесс окисления (отдача электронов), называетсяанодом.Электрод, на котором идет процесс восстановления (присоединения электронов), называетсякатодом.

Гальванические элементы изображаются в виде схем:

 

A (-) Zn | ZnSO₄ || CuSO₄ | Cu (+) K(-) Zn | ZnSO₄ (С, моль/л) || CuSO₄ (С, моль/л) | Cu (+) K(-) Zn | Zn²⁺ || Cu²⁺ | Cu (+) K(-) Zn | Zn²⁺ (С, моль/л) || Cu²⁺ (С, моль/л) | Cu (+) K

 

Электродные процессы выражаются уравнениями:

 

(A) Zn⁰ - 2 e => Zn²⁺ (процесс окисления)

(К) Сu²⁺ + 2 e => Cu⁰ (процесс восстановления)

_________________________

Zn⁰ + Cu²⁺ => Cu⁰ + Zn^2+.

 

В гальваническом элементе имеются 4 границы возникновения разности потенциала:

· между первым металлом и раствором его соли возникает электродный потенциал (е ₁);

· между вторым металлом и раствором его соли возникает еще один электродный потенциал (е₂);

· на границе между двумя растворами возникает диффузный потенциал вследствие различия в подвижности ионов, который устраняется включением между растворами электролита, имеющего у обоих ионов одинаковую подвижность, чаще всего используют насыщенный раствор хлорида калия (солевой мостик);

· на границе между двумя металлами из-за перехода электронов, возникает контактный потенциал, но его значение учитывается при определении электродного потенциала.

Таким образом, электродвижущая сила (ЭДС) гальванического элемента равна разности электродных потенциалов:

ЭДС = е_{катода -} е_анода,

 

причем е_катода > е_анода, то есть катодом является электрод, имеющий большее значение электродного потенциала, а анодом меньшее.

Уравнение электродного потенциала (уравнение Нернста):

илиe = e⁰ + 2.303. RT/ nF. lq [C_Mⁿ⁺],

 

где е - электродный потенциал, В;

R - универсальная газовая постоянная, R = 8.31 Дж/ град. моль;

Т - абсолютная температура, К;

F - постоянная Фарадея, F = 96500 кулон;

n - валентность иона металла;

С - концентрация ионов металла в растворе; C_Mⁿ⁺= α. C_соли

₍α - степень диссоциации);

е^{0 -} стандартный (нормальный) электродный потенциал, он равен электродному потенциалу, когда концентрация ионов металла в растворе равна единице: С = 1 моль/л => lq 1 = 0 => e = e⁰. Величины стандартных электродных потенциалов металлов определены экспериментально относительно стандартного водородного электрода, потенциал которого условно принят равным нулю: е⁰ (H₂/ 2Н⁺) = 0.