Подтема 1. Возникновение двойного электрического слоя и виды электрических потенциалов
При соприкосновении разнородных фаз, содержащих заряженные частицы (ионы, электроны), например твердой и жидкой или двух жидких, вследствие стремления системы к максимуму энтропии происходит переход заряженных частиц через поверхность раздела из одной фазы в другую. При этом фаза, из которой заряженные частицы выходят, получает заряд противоположного им знака, а фаза, в которую заряженные частицы входят, приобретает заряд этих частиц. Таким образом на границе раздела фаз возникают два противоположно заряженных слоя частиц, которые не рассеиваются вследствие электростатического притяжения.
Двойным электрическим слоем (ДЭС) называется упорядоченное распределение противоположно заряженных частиц на межфазной границе.
Рис. 19 Возникновение двойного электрического слоя (ДЭС)
Такое распределение заряженных частиц не нарушает электронейтральности системы в целом, но каждая фаза приобретает тот или иной заряд.
Образование двойного электрического слоя на межфазной границе приводит к установлению равновесия в обмене заряженными частицами между фазами и к стабилизации величины возникающего электрического потенциала. В зависимости от природы соприкасающихся фаз и характера процессов, протекающих на границе их раздела, различают следующие виды электрических потенциалов.
Электродный потенциал возникает на границе металл-раствор в результате протекания окислительно-восстановительных реакций на межфазной границе, сопровождаемых переходом катионов металла через нее.
|
|
|
Восстановительный потенциал возникает на границе инертный электропроводник – раствор, содержащий сопряженную окислительно-восстановительную пару, - в результате протекания окислительно-восстановительных реакций на межфазной границе за счет перехода электронов через нее. Этот потенциал раньше назывался окислительно-восстановительным.
Диффузный потенциал возникает на границе раздела двух различных растворов в результате направленного перехода ионов через границу раздела с разной скоростью.
Мембранный потенциал возникает на мембране с избирательной проницаемостью, разделяющей два различных раствора, в результате направленного перехода ионов через эту мембрану.
Электродом, или полуэлементом, называется система, состоящая из двух контактирующих разнородных проводников – электронного (металл) и ионного (раствор электролита), на межфазной границе между которыми возникает двойной электрический слой.
Ионы, переход которых через границу раздела приводит к возникновению на ней двойного электрического слоя, называются потенциалопределяющими ионами.
|
|
|
Электрод, образовавшийся на границе между фазами, характеризуется некоторым значением электрического потенциала ц.
ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ
В сопряженных окислительно-восстановительных парах, например:
обмен электронами между восстановленной и окисленной формами в растворах наиболее вероятен через посредника. Им может быть любой проводник, полупроводник или диполь. В качестве стандартного посредника используют инертный металл платину. Платина, выполняя в этих случаях только роль проводника электронов, способствует перераспределению электронов между восстановленной и окисленной формами данной сопряженной системы. Обмен электронами между восстановленной и окисленной формами через платину сопровождается появлением на границе раздела фаз платина – раствор двойного электрического слоя. Возникновение ДЭС в этом случае не связано с природой посредника, а вызывается различием в способности восстановленной формы отдавать электроны посреднику, а окисленной формы – принимать электроны от него. Знак заряда на платине зависит от того, скорость какого процесса – отдачи электронов (окисления) или присоединения электронов (восстановления) – в данной сопряженной окислительно-восстановительной паре до наступления равновесия будет больше.
|
|
|
Рис. 20 Возникновение потенциала в системе раствор, содержащий
окислительно-восстановительную пару / платиновый электрод:
а – первоначально преобладает процесс восстановления ; б – первоначально преобладает процесс окисления
Если в начальный момент преобладает процесс присоединения электронов окисленной формой (восстановление), то на платине возникает дефицит электронов, и металл заряжается положительно, а раствор – отрицательно (рис. 20, а). В тех случаях, когда в начальный момент преобладает процесс отдачи электронов восстановленной формой (окисление), то на платине создается избыток электронов и металл заряжается отрицательно, а раствор – положительно (рис. 20, б).
В результате появления зарядов на границе раздела фаз ускоряется медленный и тормозится быстрый процесс перераспределения электронов, пока не наступит состояние химического равновесия. С установлением равновесия в системе стабилизируется распределение зарядов в ДЭС, которое характеризуется определенным значением потенциала, называемого восстановительным.
|
|
|
ВОЗМОЖНОСТИ И НАПРАВЛЕНИЯ
Дата добавления: 2018-09-22; просмотров: 549; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!