15 дәріс Тотығу – тотықсыздану реакциялары. Электродтық үрдістер
Металдардың стандартты электродтық потенциалдары
жүктеу/скачать 2,37 Mb.
|
15 лекция. Тотығу – тотықсыздану реакциялары. Электродтық үрдістер
| Металдардың стандартты электродтық потенциалдары. Электродтық потенциалдың абсолюттік мәнін тікелей өлшеу арқылы анықтау мүмкін емес. Практикада әдетте салыстырмалы электродтық потенциалды табады. Ол үшін салыстырылатын электродтардың біреуінің абсолюттік потенциалы шартты түрде нөлге тең деп алынады. Потенциалы нөлге тең деп стандартты сутектік электрод алынған.
Стандартты сутектік электрод сутегі иондарының ( ) активтік концентрациясы 1 моль/л-ге тең күкірт қышқылына батырылған беті электролиттік жолмен кеуек платинамен қапталған платина электроды (24 - сурет). 24 - сурет. Электродтық потенциалды анықтауға арналған қондырғының сызбанұсқасы. Платина электроды арқылы атмосфералық қысыммен ( ) сутегі газы жіберілгенде, сутегі молекулалары кеуек платинада адсорбцияланады. Адсорбцияланған сутегі су молекулалармен әрекеттесіп, платинада электрондарды қалдыра отырып, ерітіндіге ион түрінде ауысады. Сонымен, платина теріс зарядталады, ал ерітінді оң зарядталады. Платина мен ерітінді арасында секіріс потенциалы туады. Иондардың ерітіндіге ауысуымен қатар, кері процесс - сутегі ионының тотықсыздануы арқылы сутегі молекуласы түзіледі. Сутегі электродындағы тепе-теңдікті былай көрсетуге болады , шекарасындағы потенциал айырмасы қандай да бір шамаға ие, оны шартты түрде нөлге тең деп алады. Металдардың стандартты потенциалдарын өлшеу үшiн стандартты сутектік электрод пен иондарының активтік концентрациясы 1 моль/л-ге тең тұзының ерітіндісіне батырылған зерттелетін электродтан гальваниклық элемент кұрастырылады. Осылай құрастырылған гальваникалық элементтің электр қозғаушы күшін (ЭҚК) өлшейді мұндағы: - зерттелетін металдың электродтық потенциалы, - стандартты сутектік электродтың потенциалы. Стандартты сутектік электродтың потенциалы нөлге тең болғандықтан, өлшеніп табылған гальваникалық элементтің электр қозғаушы күші (ЭҚК) шын мәнісінде зерттеліп отырған металдың стандартты электродтық потенциалы болады. деп белгілейді. Стандартты жағдайда стандартты сутектік электродпен салыстырылып өлшенген металдың электродтық потенциалы стандарттық электродтық потенциал деп аталады. Cтандартты электродтық потенциалды қолдана отырып гальваникалық элементтің ЭҚК-ін есептеуге болады. Ол үшін алгебралық шамасы ( ) үлкен электрод потенциалынан алгебралық шамасы ( ) кіші электрод потенциалын аламыз. Басқаша айтқанда, гальваникалық элементтің оң полюсті потенциалынан терiс полюсті потенциалды аламыз. Бұл әдісте ЭҚК-нің мәні әр уақытта оң болады: Даниэль-Якоби элементінің ЭҚК-і Егер элементтің ЭҚК-і оң мәнді болса, онда гальваникалық элементте процесс өздігінен жүреді. Нернст теңдеуі. Электродтық потенциалдың металдың табиғатына, ерітіндідегі иондардын концентрациясына, температураға сандық тәуелділігі Нернст теңдеуi арқылы өрнектеледі: мұндағы: металдың стандартты электродтық потенциалы (B); - универсал газ тұрақтысы [ ]; - абсолюттік температура (K); металл ионының заряды, - металл ионының концентрациясы (моль/л); - Фарадей тұрақтысы ( ). Натурал логарифмді ондық логарифмге ауыстырып, мәндерін қойсақ, оның түрі мынадай болады: Егер ерітіндідегі металл иондарының концентрациясы 1 моль/л-ге тең болса, яғни , онда Нернст формуласындағы екінші қосынды нөлге тең болып, металдың электродтық потенциалы стандартты электродтық потенциалға теңеседі: Гальваникалық элемент жұмыс жасау үшін бірдей электродтан және концентрациясы әртүрлі бір ерітіндіні қолдана отырып, потенциалдар айырымын туғызуға болады. Мұндай гальваникалық элемент концентрациялық деп аталады және ерітіндінің концентрациясын теңестіру үшін жұмыс жасайды. Мысал ретінде концентрациясы әртүрлі моль/л және моль/л екі мырыш электродын алуға болады: Нернст теңдеуі бойынша электродтық потенциал шамасы мынаған тең: болғандықтан берілген элементтің сыртқы тізбектегі сол жақтағы электрод – теріс полюсті, ал оң жақтағы электрод – оң полюсті болады. Концентрациялық элемент жұмыс істегенде мынадай процестер жүреді: а) теріс электродта: ( концентрациясы артады) ә) оң электродта: ( концентрациясы азаяды) Сонымен, концентрациялық элементте электрондар ағыны әр уақытта екі ерітіндідегі катиондар концентрациясын теңестіруге бағытталады. Концентрациялық тізбекте екі электродтың және шамасы бірдей. Сондықтан концентрациялық элементтің ЭҚК -і екі жартылай элементтің электролиттегі иондық концентрация қатынасының логарифміне пропорционал: Гальваникалық элементтер қайтымды жүйелерге жатады. Реакцияны шексіз баяу қайтымды жүргізгенде, химиялық реакция энергиясы арқылы орындалатын жұмыс максимальды болады. Химиялық реакцияның максимальды қажетті жұмысының температураға тәуелділігі Гиббс теңдеуі арқылы беріледі : жүктеу/скачать 2,37 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|