Procese cu electrozi. Conceptul de salturi de potențial și forță electromotoare (EMF). Circuite electrochimice, celule galvanice. Electrod standard de hidrogen, potențial electrod standard. Clasificarea circuitelor electrochimice și a electrozilor.
PRELEZA 9
Conversia reciprocă a formelor electrice și chimice de energie are loc în sisteme electrochimice, inclusiv:
ª conductoare de al doilea fel - substanțe cu conductivitate ionică (electroliți).
ª conductoare de primul fel - substanțe cu conductivitate electronică.
La interfața dintre două faze are loc transferul de sarcină electrică, adică. are loc un potențial salt ().
Se numește un sistem constând din conductori de contact de primul și al doilea fel electrod.
Procesele care au loc la interfața dintre conductorii de primul și al doilea fel în electrozi sunt numiteprocese cu electrozi .
Un electrod este un sistem format din cel puțin două faze.
Să luăm în considerare modul în care un salt de potențial - potențialul electrodului - are loc la interfața dintre un metal și o soluție de sare a acestui metal. Când o placă metalică este scufundată într-o soluție de sare, unii dintre ionii metalici de pe suprafața plăcii pot trece în soluția adiacentă suprafeței plăcii. Metalul devine încărcat negativ, iar forțele electrostatice rezultate împiedică apariția ulterioară a acestui proces. Echilibrul este stabilit în sistem. Procesul invers de transfer al cationilor metalici de la soluție la placă este de asemenea posibil. Aceste procese duc la apariția unui dublu strat electric și a unui potențial salt.
Direcția procesului de transfer al ionilor metalici este determinată de raportul dintre potențialele electrochimice ale ionilor () în faza de soluție și faza condensată. Procesul continuă până când potențialele electrochimice sunt egalizate în două faze.
Potențialul electrochimic este format din doi termeni
m chimi. - potenţialul chimic care caracterizează răspunsul chimic la modificările mediului înconjurător al unei anumite particule.
m el - componenta electrică a potenţialului electrochimic sau energia potenţială a câmpului electric care caracterizează răspunsul la câmpul electric.
Pentru un anumit tip de particule încărcate (i)
z i- sarcina ionică,
– potenţialul intern, care corespunde lucrării de transfer a unei sarcini negative elementare de la infinit într-un vid adânc în fază.
Echilibrul sistemului electrochimic caracterizat prin egalitatea potențialelor electrochimice (și nu chimice) ale particulelor încărcate în diferite faze.
În soluția de echilibru (I)/metal (II), avem:
Într-un sistem de neechilibru, munca de transfer a unui mol-echivalent. ionii din faza I la faza II este egal cu
De atunci
În echilibru, ținând cont de (1), avem:
unde este saltul la interfață (potenţialul absolut al electrodului). Să notăm
unde este potențialul salt la interfață la si eu = 1 (potenţial standard al electrodului).
Potențialul standard este o valoare caracteristică unui proces de electrod dat. Depinde de temperatura și natura electrodului. Apoi, pentru un electrod de tip Me Z+ /Me:
Un salt de potențial are loc și la interfața dintre două soluții, acesta este potențialul de difuzie.
În termeni generali (pentru orice tip de electrozi):
sau pentru 298 K
Trebuie amintit că, dacă gazele sunt implicate în reacția electrodului, atunci se presupune că activitatea este egală cu presiunea parțială; pentru faza condensată de compoziție constantă, O=1.
Se numesc ecuațiile (1), (2). Ecuații Nernst pentru potenţialul electrodului. Diferența de potențial electric poate fi măsurată experimental numai între două puncte ale aceleiași faze unde μ i = const. Atunci când o sarcină elementară se deplasează între două puncte situate în faze diferite, pe lângă cea electrică, trebuie făcută muncă asociată cu o modificare a mediului chimic al sarcinii. Mărimea acestei componente chimice a lucrării nu poate fi determinată, astfel încât valoarea absolută a potențialului electrodului nu poate fi măsurată. Experimental, este posibil să se determine doar mărimea EMF a unei celule galvanice constând din doi electrozi.
Reguli pentru înregistrarea electrozilor și circuitelor electrochimice.
Sistemele formate din doi sau mai mulți electrozi, conectați într-un mod special și capabili să producă lucru electric, adică să servească drept sursă de energie electrică, se numesc celule galvanice.
Forța electromotoare a unei celule galvanice(EMF GE) este suma salturilor de potențial electrodului la toate limitele de fază în condiții de echilibru (curentul din circuitul extern este zero).
a) Pentru electrozi se adoptă următoarele reguli de înregistrare: substanțele în soluție sunt indicate în stânga liniei verticale, substanțele care formează o altă fază (gaz sau solid) sunt indicate în dreapta.
Dacă o fază conține mai multe substanțe, atunci simbolurile lor sunt separate prin virgule.
De exemplu,
Ecuația de reacție a electrodului pentru un electrod separat este scrisă astfel încât substanțele în formă oxidată și electronii să fie situate în stânga, iar substanțele în formă redusă în dreapta:
b) La înregistrarea celulelor galvanice, în stânga se află un electrod cu un potenţial mai negativ; soluțiile ambilor electrozi sunt separate unul de celălalt printr-o linie punctată verticală dacă sunt în contact unul cu celălalt și prin două linii continue dacă există o punte de sare între soluții, de exemplu, o soluție saturată de KCl, cu ajutorul din care se elimină potenţialul de difuzie. Astfel, un electrod încărcat pozitiv este întotdeauna indicat în dreapta, iar unul încărcat negativ în stânga.
Electrod , pe care curge proces de oxidare, numit anod ().
Electrodul pe care are loc curgerea procesul de recuperare, numit catod ().
Reacțiile de la catod și anod se numesc reacții la electrozi.
Procesul chimic total care are loc într-o celulă galvanică este suma proceselor electrozilor și este exprimat prin ecuația:
Dacă procesele electrodului și reacțiile chimice dintr-o celulă galvanică pot fi efectuate în direcțiile înainte (când elementul funcționează) și invers (când curentul electric trece prin element), atunci astfel de electrozi și celula galvanică se numesc reversibil.
În cele ce urmează, vor fi luați în considerare numai electrozii reversibile și celulele galvanice.
Dacă orice metal intră în contact cu un electrolit, atunci pe metal și în electrolit apar sarcini de semn opus. În acest caz, metalul dobândește un anumit potențial electric în raport cu electrolit, care se numește potențial electrochimic. Apariția potențialelor electrochimice a fost explicată de Nernst.
Potențialul electrochimic depinde de tipul de metal și de concentrația electrolitului. În acest caz, contează doar concentrația ionilor metalici în sine în soluție, deoarece numai ionii se pot deplasa între metal și soluție. Prezența altor ioni în electrolit nu afectează potențialul electrochimic.
Dacă concentrația ionilor metalici în soluție este menținută constantă, atunci potențialul electrochimic va depinde numai de tipul de metal și va caracteriza capacitatea acestuia de a satura soluția cu ioni.
Orice celulă galvanică are doi electrozi. EMF-ul unei celule galvanice (tensiune în circuit deschis) este egal cu diferența de potențiale electrochimice ale electrozilor săi (j 1 - j 2).
Cunoscând potențialele electrochimice ale metalelor care alcătuiesc electrozii, se poate găsi fem-ul sursei de curent chimic.
FEM a unei celule galvanice este munca maximă a reacțiilor chimice calculată pe unitatea de sarcină. Pentru o estimare aproximativă, se presupune că munca maximă este egală cu energia totală eliberată în timpul reacțiilor chimice. Apoi
unde p 1 și p 2 sunt efectele termice ale reacțiilor asupra ambilor electrozi (calculate la 1 kg de substanță electrod);
k 1 și k 2 sunt echivalenți electrochimici ai substanței electrodului.
Efectele termice ale reacțiilor asupra ambilor electrozi p 1 și p 2 și echivalenții electrochimici ai substanței electrozilor k 1 și k 2 pot fi reprezentate ca
; ; ; , (7.50)
unde Q 1 și Q 2 sunt efectele termice ale reacțiilor la 1 kilogram-atom;
A 1 și A 2 – greutățile atomice ale materialelor electrozilor;
Z 1 și Z 2 – valență;
F – numărul Faraday.
Atunci, pentru EMF-ul unei surse de curent chimic, vom avea
. (7.51)
Trebuie remarcat faptul că în celulele galvanice, energia eliberată în reacțiile chimice este direct transformată în energia curentului electric. Acest proces are o eficiență mai mare decât cea utilizată în centralele electrice convenționale. Prin urmare, celulele galvanice (surse de curent chimic) sunt de mare interes fundamental.
Cu toate acestea, costul energiei electrice obținute din celulele galvanice este semnificativ mai mare decât costul energiei generate în centralele convenționale, deoarece celulele nu consumă combustibil ieftin (de exemplu, cărbune), ci substanțe scumpe (de exemplu, zinc). În acest sens, sursele de curent chimic (pile galvanice) sunt folosite numai în cazurile în care este necesară puțină energie (unde costul acesteia nu joacă un rol), dar portabilitatea și simplitatea sursei de curent sunt importante.
Când o sursă de curent chimic este scurtcircuitată la un circuit extern, puterea curentului în circuit nu este constantă, dar scade în timp.
7.7. Curentul electric prin electroliți.
Legea lui Ohm pentru electroliți
Soluțiile de săruri, acizi și alcalii în apă și alți solvenți conduc bine electricitatea. Acest lucru se datorează faptului că moleculele de dizolvat se disociază, adică. se descompun în ioni pozitivi și negativi. Dacă nu are loc o disociere a moleculelor în timpul dizolvării, atunci soluția nu este un conductor de curent electric.
Să determinăm densitatea de curent j în lichid, adică. sarcina transferată într-o secundă printr-o zonă unitară perpendiculară pe direcția mișcării ionilor (Fig. 7.17). Deoarece transferul de sarcină este efectuat de ionii ambelor semne, atunci
unde q + și q - sunt sarcinile ionilor pozitivi și negativi;
n + și n - – concentrațiile acestor ioni;
v + și v - sunt vitezele medii ale mișcării ordonate a acestor ioni.
Avand in vedere ca solutia este in general neutra, putem scrie
, (7.53)
unde q este sarcina unui ion de orice semn;
n este concentrația de ioni de același semn.
Cantitatea de sarcină a unui ion este determinată de pierderea sau reținerea electronilor de valență în timpul disocierii moleculei. Notând cu z valența ionului, pentru sarcina ionului vom avea
unde e este valoarea absolută a sarcinii electronilor.
Ținând cont de formulele (7.53) și (7.54), obținem
. (7.55)
Într-un câmp electric, asupra ionilor acționează două forțe: forța care acționează din câmpul electric și forța de frecare internă.
Forța câmpului electric
unde E este mărimea intensității câmpului electric.
Forța de frecare internă, dacă presupunem că ionul are forma unei bile cu raza r, atunci conform legii lui Stokes
, (7.57)
unde h este coeficientul de vâscozitate al fluidului.
Cu mișcare constantă (care are loc aproape simultan cu apariția câmpului electric), F E = F tr, prin urmare avem
, (7.58)
unde este mobilitatea ionului.
Astfel, mobilitatea ionului b este egală cu raportul dintre viteza ionului și puterea câmpului electric:
După cum se poate observa din formula (7.58), mobilitatea ionilor crește odată cu creșterea temperaturii (datorită scăderii vâscozității lichidului). Viteza mișcării ionilor este proporțională cu intensitatea câmpului electric.
Ținând cont de relația (7.58) pentru densitatea curentului electric, obținem
(7.60)
Unde 
- conductivitatea specifică a electrolitului.
Expresiile (7.60) și (7.61) reprezintă legea lui Ohm sub formă diferențială pentru electroliți.
Din formula (7.60) pentru rezistivitatea electrolitului avem
. 7.62)
Deoarece mobilitatea și concentrația ionilor cresc odată cu creșterea temperaturii, atunci, conform formulei (7.62), odată cu creșterea temperaturii, rezistența electroliților scade.
Concentrația ionilor depinde de gradul de disociere, caracterizat prin coeficientul de disociere o. Coeficientul de disociere este determinat de raportul dintre concentrația de n ioni și concentrația de n o molecule ale substanței dizolvate:
Concentrarea moleculelor nedisociate
. (7.65)
Într-o soluție, atât disocierea moleculelor, cât și molizarea ionilor au loc simultan și continuu, adică. combinarea ionilor în molecule neutre. În condiții de echilibru, intensitățile proceselor de disociere a moleculelor și molestare a ionilor, modificând compoziția soluției în direcții opuse, sunt egale. În timpul disocierii moleculelor, viteza de modificare a concentrației de ioni a fiecărui semn este proporțională cu concentrația n "a moleculelor nedisociate:
, (7.66)
unde b este coeficientul de proporționalitate.
Viteza de modificare a concentrației moleculelor nedisociate ca urmare a ionizării ionilor este proporțională cu produsul concentrațiilor ionilor pozitivi și negativi:
, (7.67)
unde h este coeficientul de proporționalitate.
La echilibru, prin urmare, ținând cont de (7.66) și (7.67), putem obține o formulă care raportează coeficientul de disociere la concentrația substanței dizolvate:
. (7.68)
Evident, coeficientul de disociere depinde de concentrația solutului. La o concentrație foarte scăzută (n o » 0), egalitatea (7.68) dă
Dacă a<<1, то из (7.68) получаем
. (7.70)
Astfel, coeficientul de disociere scade pe măsură ce crește concentrația de dizolvat.
Luând în considerare acest lucru, ecuația pentru densitatea de curent în electroliți poate fi scrisă după cum urmează:
. (7.71)
Mobilitatea ionilor și coeficientul de disociere într-un interval larg de modificări ale intensității câmpului electric nu depind de intensitatea câmpului electric E.
La concentrații mici de soluție, coeficientul de disociere și suma mobilităților ionilor (b + + b -) sunt aproximativ constante. Prin urmare, la concentrații scăzute de soluție, conductivitatea electrică este proporțională cu concentrația. Pe măsură ce concentrația crește, dependența conductivității electrice de concentrație devine semnificativ mai complicată.
Trebuie remarcat faptul că mărimea curentului prin coloana de electrolit în orice secțiune este aceeași, deși la prima vedere ar trebui să fie diferită.
Să ne imaginăm că există trei secțiuni ale coloanei de electrolit 1, 2, 3 (Fig. 7.18).
Doar ionii negativi trec prin secțiunea 1, numai ionii pozitivi trec prin secțiunea 3 și ambii trec prin secțiunea 2. Prin urmare, se pare că curentul prin secțiunea 2 este mai mare decât prin secțiunile 1 și 3. Acest lucru este incorect, curentul prin orice secțiune trebuie să fie același, altfel sarcina se va acumula între secțiuni. Îndeplinirea legii conservării sarcinii în electroliți se datorează faptului că viteza de mișcare ordonată și concentrația ionilor de diferite semne nu sunt constante de-a lungul axei OX selectate.
În regiunea centrală a coloanei de electrolit, concentrațiile de ioni pozitivi și negativi sunt aproximativ egale, prin urmare, densitatea de sarcină volumetrică este aproape de zero. Ionii negativi se acumulează la electrodul pozitiv (anod). Densitatea volumului de sarcină este negativă. Electrodul negativ (catodul) are o sarcină spațială pozitivă.
În fig. Figura 7.19 arată modificarea potențialului dintre electrozi (pentru o anumită diferență de potențial dintre ei) cauzată de sarcinile spațiale. Linia continuă corespunde schimbării potențialului în vid, linia punctată – în același spațiu umplut cu electrolit. În fig. Pentru comparație, Figura 7.20 arată modificarea potențialului în spațiul interelectrod în care sunt inserate două grile. Grila din stânga este încărcată negativ față de anod și simulează o sarcină spațială negativă. Grila din dreapta este încărcată pozitiv în raport cu catodul și simulează o sarcină spațială pozitivă. O comparație a curbelor de modificare a potențialului în spațiul interelectrod arată că modificarea potențialului în primul și al doilea caz este aproape aceeași.
Constanța mărimii curentului electric în electroliți se datorează faptului că intensitatea curentului electric și, prin urmare, viteza mișcării ordonate a ionilor în diferite puncte ale volumului dielectricului, este diferită. În regiunea centrală sunt mai mici decât în alte regiuni.
Sistemele vii la toate nivelurile de organizare sunt sisteme deschise. Prin urmare, transportul substanțelor prin membranele biologice este o condiție necesară vieții. Procesele metabolice celulare, procesele bioenergetice, formarea de biopotențiale, generarea unui impuls nervos etc. sunt asociate cu transferul de substanțe prin membrane. Încălcarea transportului de substanțe prin biomembrane duce la diferite patologii. Tratamentul implică adesea pătrunderea medicamentelor prin membranele celulare. Eficacitatea unui medicament depinde în mare măsură de permeabilitatea membranei. Conceptul de potențial electrochimic este de mare importanță pentru descrierea transportului de substanțe.
Potenţial chimic a acestei substante m la este o cantitate egală numeric cu energia Gibbs pe mol din această substanță. Matematic, potențialul chimic este definit ca derivata parțială a energiei Gibbs, G, prin cantitatea de substanță k-a, la temperatură constantă T, presiunea P și cantitățile tuturor celorlalte substanțe m l (l¹k).
m k = (¶G/¶m k) P , T , m
Pentru o soluție diluată cu concentrația de substanță C:
m = m0 + RTlnC
unde m 0 este potențialul chimic standard, egal numeric cu potențialul chimic al unei substanțe date la concentrația sa de 1 mol/l în soluție.
Potențial electrochimic m- o valoare egală numeric cu energia Gibbs G pentru un mol dintr-o substanță dată plasată într-un câmp electric.
Pentru soluții diluate
m = m o + RTlnC + ZFj (1)
unde F = 96500 C/mol este numărul Faraday, Z este sarcina ionului electrolit (în unități de sarcină elementară), j este potențialul câmpului electric, T [K] este temperatura.
Transportul substanțelor prin membranele biologice poate fi împărțit în două tipuri principale: pasiv și activ.
Ce vom face cu materialul primit:
Dacă acest material ți-a fost util, îl poți salva pe pagina ta de pe rețelele sociale:
| Tweet |
Toate subiectele din această secțiune:
Vitebsk
EE „VSU numit după. P. M. Masherova" UDC 577 (075) BBK 28.071ya73 B 63 Publicat prin hotărâre a consiliului științific și metodologic
Biofizica ca știință. Subiect de biofizică
Întrebări teoretice: 1. Subiectul și sarcinile de biofizică. Nivelurile cercetării biofizice; metode de cercetare și cerințe pentru acestea.
2. Isto
Subiectele sarcinii de biofizică. Istoria dezvoltării biofizicii
Biofizica este o știință care studiază procesele fizice și fizico-chimice care au loc în biosisteme la diferite niveluri de organizare și stau la baza actelor fiziologice. Apariţia lui s-a datorat
Să introducem definiția următorilor termeni: obiect al cercetării biofizice, sistem biologic, tehnică, metodă, metodologie. Sistem biologic - un set de anumite modele interconectate
Termodinamica proceselor biologice
Întrebări teoretice: 1. Subiectul și metodele termodinamicii. Concepte de bază ale termodinamicii.
2. Parametri de stare (intensiv și extensiv) Funcție cu
Teorema lui I. Prigogine. Ecuații Onsager
I. Postulatul lui Prigogine este că modificarea generală a entropiei dS a unui sistem deschis poate avea loc independent sau datorită proceselor de schimb cu mediul extern (deS
Relația dintre entropie și informație. Cantitatea de informații biologice, valoarea acesteia
Conform formulei lui Boltzmann, entropia este definită ca logaritmul numărului de microstări posibile într-un sistem macroscopic dat: S = kB ln W
Biomembranologie. Structura și proprietățile membranelor biologice
Întrebări teoretice: 1. Structura membranelor celulare.
2. Tipuri de membrane biologice.
3. Proteinele din structura membranelor celulare, structura lor
Funcțiile de bază ale membranelor biologice
Un sistem de viață elementar capabil de existență, dezvoltare și reproducere independentă este o celulă vie - baza structurii tuturor animalelor și plantelor. Cele mai importante condiții de existență
Structura membranelor biologice
Primul model al structurii membranelor biologice a fost propus în 1902. S-a observat că substanțele care sunt foarte solubile în lipide pătrund cel mai bine prin membrane, iar pe baza acesteia s-a făcut
Tranziții de fază ale lipidelor din membrane
O substanță la diferite temperaturi, presiuni și concentrații ale componentelor chimice poate fi în diferite stări fizice, de exemplu, gazoasă, lichidă, solidă, plasmă. Cristalin
Fizica proceselor de transport de substanțe prin membranele biologice
Întrebări teoretice: 1. Căi prin care substanțele pătrund în membranele celulare.
2. Forțele motrice ale transportului membranar.
3. Tipuri de transport
Conform conceptelor moderne, membranele biologice conțin pompe de ioni care funcționează folosind energia liberă a hidrolizei ATP - sisteme speciale de proteine integrale (
Potenţialul de membrană
Una dintre cele mai importante funcții ale unei membrane biologice este generarea și transmiterea biopotențialelor. Acest fenomen stă la baza excitabilității celulelor, reglarea proceselor intracelulare, funcționarea sistemului nervos,
Propagarea unui impuls nervos de-a lungul unei fibre excitabile
Dacă s-a format un potențial de acțiune în orice parte a membranei excitabile, membrana este depolarizată, iar excitația se extinde în alte părți ale membranei. Să luăm în considerare propagarea excitațiilor
Proprietățile canalelor ionice ale membranelor celulare
Modelul membranei excitabile conform teoriei Hodgkin-Huxley presupune transportul controlat al ionilor prin membrană. Cu toate acestea, trecerea directă a ionilor prin stratul dublu lipidic este foarte dificilă. De aceea a condus
Tipuri de canale și pompe controlate
1) „Poarta” canalului este conectată printr-un sistem de „pârghii” la un dipol, care poate fi rotit
Participarea membranelor la transmiterea informațiilor intercelulare
O proprietate importantă a tuturor ființelor vii este capacitatea de a percepe, procesa și transmite informații folosind membranele biologice. În ciuda varietății enorme de sisteme diferite de obținere
proteine G și mesageri secundi
De la prima legătură, receptorul (R), semnalul este transmis către așa-numitele proteine N- sau G - proteine de membrană care sunt activate prin legarea trifosfatului de guanozină (GTP). Proteinele G sunt capabile să transmită informații
Baza moleculară a conducerii impulsului nervos în fibrele nervoase și sinapsele
Natura a creat două metode fundamental diferite de semnalizare intercelulară. Una dintre ele este că mesajele sunt transmise folosind curent electric; al doilea folosește molecule, n
Mecanisme speciale pentru transportul substanțelor prin biomembrană (endo- și exocitoză)
Proteinele de transport asigură pătrunderea multor molecule polare mici prin membranele celulare, dar nu sunt capabile să transporte macromolecule, de exemplu, proteine, polinucleotide
Biofizica ca știință
1. Remizov A.N. Fizică medicală și biologică: manual. pentru universități / A.N. Remizov, A.G. Maksina, A.Ya. Potapenko. – M., 2003. – P. 14–17.
2. Biofizică: manual. pentru universități / V. F. Antonov [și
1. Remizov A.N. Fizică medicală și biologică: manual. pentru universități / A.N. Remizov, A.G. Maksina, A.Ya. Potapenko. – M., 2003. – P. 184–190.
2. Rubin A.B. Biofizica proceselor celulare. M.
Transportul substanțelor prin membranele biologice. Potențialele bioelectrice
1. Remizov A.N. Fizică medicală și biologică: manual. pentru universități / A.N. Remizov, A.G. Maksina, A.Ya. Potapenko. – M., 2003. – P. 191–213.
2. Biofizică: manual. pentru universități / V.F. Antonov [
Prevederi generale ale electrochimiei.
Soluții de electroliți.
Disocierea electrolitică a apei.
Element galvanic. element Daniel–Jacobi.
Apariția potențialelor electrozilor.
Electrod cu hidrogen. Măsurarea potențialelor electrodului. Potențialele standard ale electrodului.
Ecuația Nernst.
Potențialul electrodului unui electrod de hidrogen.
Clasificarea sistemelor electrochimice.
Lanțuri chimice.
Reacții redox.
Electroliză. DISPOZIȚII GENERALE DE ELECTROCHIMIE.
Electrochimie
- este o știință care studiază procesele care au loc din cauza electricității, sau în procesul cărora se formează electricitatea, adică. tranziții reciproce de energie chimică și electrică.
Reacția de mai jos poate fi efectuată chimic sau electrochimic.
Fe 3+ +Cu + = Fe 2+ +Cu 2+
Reacție chimică.
1. Ciocnirea directă a participanților duce la faptul că calea electronului este foarte scurtă.
2. Ciocnirea are loc în orice parte a sistemului de reacție. Aceasta implică non-direcționalitatea interacțiunii..
3. Efectele energetice sunt exprimate ca căldură.
Reacție electrochimică
1. Calea electronului trebuie să fie mare în comparație cu dimensiunea electronului. Rezultă că participanții la reacție trebuie să fie separați spațial.
2. Contactul direct între participanții la reacție este înlocuit cu contactul cu electrozi metalici.
3. Spațiu de reacție necesar.:
1. 4. Electrodul este un catalizator - aceasta duce la o scădere a energiei de activare a procesului. Componentele unui sistem electrochimic
2. electroliți- substanțe ale căror topituri sau soluții conduc curentul electric,
3electrozi- conductoare electronice de curent electric,
. circuit extern
- conductoare metalice care leagă electrozii.
Soluții de electroliți.
Conform acestei teorii, atunci când un electrolit este dizolvat în apă, acesta se dezintegrează în ioni încărcați opus. Se numesc ioni încărcați pozitiv cationi; acestea includ, de exemplu, ioni de metal și hidrogen (H+). Se numesc ioni încărcați negativ anionii, acestea includ ioni de reziduuri acide și ioni de hidroxid.
Procesul de descompunere a moleculelor de substanță în ioni se numește sub influența moleculelor de solvent polar, iar atunci când se topesc se numește disociere electrolitică. Numai acele molecule a căror legătură chimică are un grad suficient de ridicat de ionic se pot dezintegra în ioni.
Fracția de molecule care se descompun în ioni se numește gradul de disociereși se notează de obicei .
Unde n- numărul de molecule degradate, N- numărul total de molecule
– caracteristicile cantitative ale electroliților:
>30% - electroliţi puternici;
3%< >30% - electroliți de rezistență medie:
<3% - слабые электролиты.
Electroliţii puternici includ acizi: HCI04, HCI, HNO3, HBr, H2S04; hidroxizi ai metalelor alcaline și alcalino-pământoase, multe săruri cu o rețea cristalină ionică, foarte solubile în apă.
Pentru electroliți de rezistență medie - acizi: HF, H 3 PO 4, H 2 SO 3; hidroxizi metalici slab solubili, diverse săruri.
Electroliţii slabi sunt acizi: H 2 CO 3, H 2 S, HCN; majoritatea acizilor organici, hidroxizi ai elementelor d, săruri ușor solubile în apă.
Gradele de disociere ale diverșilor electroliți sunt date în tabelele corespunzătoare.
A doua caracteristică cantitativă a electroliților este constanta de disociere. Conexiune LA dŞi poate fi considerat folosind exemplul unui electrolit binar. Electrolit binar este un electrolit format dintr-un anion cu încărcare unică și un cation.
CU- concentratia totala a solutiei;
CU O- concentrarea moleculelor nedisociate;
CU+ - concentrația de cationi;
CU– - concentraţia de anioni.
, Unde CU +
= C- =
CU
; C O =
(1-
)CU
- Legea diluției a lui Ostwald.
Gradul de disociere depinde de concentrația electrolitului, temperatură și presiune.
Constanta de disociere K d depinde de temperatura si presiune.
Pe baza capacității lor de a se disocia, există 4 clase de electroliți:
1. Motive se disociază pentru a forma OH – și reziduul principal. Disocierea are loc treptat și reversibil.
Disocierea în prima etapă.
În a doua etapă
2. Acizi se disociază treptat și reversibil pentru a forma H + și un reziduu acid.
etapa 1;
- etapa a 2-a.
3. Disociere amfoliti apare printr-un mecanism bazic sau acid, în funcție de condiții.
4. Săruri sunt electroliți puternici. Disocierea lor este ireversibilă; tip de conexiune – ionică.
Capacitatea de disociere electrolitică depinde nu numai de electrolit în sine, ci și de solvent.
Conform legii lui Coulomb, atracția electrostatică ( F) două sarcini opuse (q 1 și q 2), distanța dintre care este r:
este constanta dielectrică a mediului, adică cu cât este mai mare constanta dielectrică a mediului, cu cât particulele interacționează mai slab între ele, cu atât mai probabil va avea loc ionizarea moleculelor. Prin urmare, solvenții cu constante dielectrice ridicate au proprietăți ionizante puternice. Constanta dielectrică ridicată a apei nu este singurul motiv pentru efectul său ionizant ridicat. Natura dipol a moleculelor de apă, care au perechi de electroni singuri, determină capacitatea sa semnificativă de a forma ioni hidratați datorită interacțiunii donor-acceptor, iar energia de hidratare a ionilor eliberați în acest caz compensează energia necesară pentru a depăși forțele de atracție electrostatică. a ionilor din rețeaua cristalină a substanței. În solvenții cu constantă dielectrică scăzută, ionii continuă să fie destul de puternic atrași unul de celălalt, rămânând sub formă de perechi de ioni.
O caracteristică cantitativă a unui sistem electrochimic este tensiunea - diferența de potențial a unui circuit deschis corespunzător, care este efectul total al apariției salturilor de potențial la fiecare dintre interfețele eterogene.
Să luăm în considerare ce cauzează apariția unui potențial salt la limita de fază.
În electrostatică, potențialul într-un punct dat al câmpului electric este munca care trebuie făcută pentru a transfera o singură sarcină „imaginară” de la infinit în vid la un punct dat din fază.
Termenul „imaginar” presupune că sarcina transferată nu interacționează chimic cu faza și că munca de transfer este asociată doar cu interacțiunea electrostatică. Valoarea acestei lucrări determină potențialul intern - F.
Este evident că atunci când se transferă o sarcină nu dintr-un vid într-o fază, ci de la o fază la alta, este de asemenea necesar să se afecteze munca de transfer și poate fi definită ca diferența dintre potențialele interne corespunzătoare ale fazelor relative. la vid.
Datorită faptului că munca de transfer de sarcină într-un câmp electric nu depinde de calea de transfer, rezultă:
φ 1,2 = Ф - Ф (4.4.1)
Diferența de potențiale interne se numește potențial galvani și este desemnată φ (phi).
Procesele reale implică nu sarcini imaginare, ci reale (electroni, ioni). Când transferați astfel de particule din vid în această fază, este, de asemenea, necesar să cheltuiți munca. Cu toate acestea, în acest caz, apar forțe de interacțiune electrostatică și forțe de interacțiune chimică între particula reală și fază, care, în principiu, sunt electrostatice, dar nu se limitează la interacțiunea Coulomb. Astfel, transferul de la vid la faza unei particule reale este asociat cu cheltuielile atât pentru transferul electric, cât și cu cel chimic.
Această muncă este de obicei atribuită transferului nu a unei particule reale, ci a unui mol de particule și se numește potențialul electric al fazei.
În această ecuație, munca chimică este legată de potențialul chimic, iar munca electrică este legată de F intern. Potențialul electrochimic este măsurat în jouli și caracterizează starea energetică a particulelor încărcate într-o fază.
Când se transferă un mol de particule reale din fază în fază, munca de transfer poate fi caracterizată prin diferența de potențiale electrochimice:
= = 
Procesul de transfer al particulelor continuă până când în sistem apare echilibrul electrochimic, la care , iar diferența lor va fi egală cu zero = 0
Atunci putem scrie
Din expresia rezultată