Уравнение Нернста. Правила схематической записи электродов.

Электрод – система, состоящая из проводника 1-го рода (металл, уголь), находящегося в контакте с проводником 2-го рода (раствор, расплав), носителем которого являются ионы.

Электрод представляет собой электрохимическую систему, которая состоит как минимум из двух фаз. На границе раздела фаз протекают гетерогенные реакции, в результате которых происходит переход заряженных частиц через границу раздела, что сопровождается образованием на этой границе ДЭС (двойного электрического слоя).

Равновесные процессы передачи электронов, записываемые как Ox + zē D Red, называются потенциалопределяющими.

Потенциал является электрической характеристикой электрода.

Потенциал электрохимической системы, измеренный при стандартных условиях, называется стандартным электродным потенциалом, единица измерения – В.

Для системы Ox + zē D Red обозначается как φ⁰_Ox/Red.

Абсолютные значения стандартных потенциалов не определяются. Значения электродных потенциалов обычно берутся относительно системы H⁺ + ē → ½H₂⁰, у которой стандартный потенциал принят за 0. Стандартные потенциалы окислительно-восстановительных систем приводятся в таблицах.

Величины стандартных потенциалов металлов (φ⁰) являются мерой восстановительной способности их атомов и мерой окислительной способности ионов металлов. Чем более отрицательное значение имеет потенциал системы Ме^z+/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 (φ⁰_Li⁺_/Li = -3,04 B), а к наиболее сильным окислителям – ионы золота Au³⁺, Au⁺ (φ⁰_Au³⁺_/Au = +1,50 B, φ⁰_Au⁺_/Au = +1,69 B).

Потенциал электрохимической системы зависит от природы металла и электролита, температуры, концентрации электролита.

Для процесса Ox + zē D Red эта зависимость выражается уравнением Нернста:

= + ln ,

где φ⁰_Ox/Red– стандартный электродный потенциал;

z – число электронов, участвующих в данной потенциалопределяющей реакции;

R – универсальная газовая постоянная (8,31 );

T – температура, К;

F – постоянная Фарадея (96500 );

a_ox, a_red – активности окисленной и восстановленной форм.

Для разбавленных растворов, где активность приблизительно равна концентрации, при 298 К, после подстановки постоянных величин уравнение примет вид:

= + lg .

При записи электродов, вертикальной чертой (│) обозначают границу раздела фаз металл – электролит и придерживаются следующих правил:

1) слева указываются вещества, находящиеся в растворе; справа – вещества, образующие другую фазу или электродный материал:

Cu²⁺│Cu.

2) если одна фаза содержит несколько веществ, то их символы разделяют запятыми:

Co³⁺, Co²⁺│Pt.

3) при записи уравнения электродной реакции слева указывают вещества в окисленной форме и электроны, справа вещества в восстановленной форме: Ox + zē D Red

2H⁺ + 2 ē D H₂

Co³⁺ + ē D Co²⁺.