Электрохимиялық процестер

Энергияның химиялық және электр түрлері өзара ауысып жүретін процестерді электрохимиялық деп атайды. Электрохимиялық процестерді екі үлкен топқа бөлуге болады: 1) химиялық энергия электр энергиясына ауысатын процестер (гальваникалық элементтер, аккумуляторлар); 2) электр энергиясы химиялық энергияға ауысатын процестер (электролиз). Бұл процестердің ерекшеліктері: 1) бұлар тотығу-тотықсыздану реакцияларына негізделген; 2) реакциялар тек электродтар қасындағы аймақта жүреді; бір электродта – тотығу, екінші электродта – тотықсыздану реакциясы жүреді.

Электрохимиялық жүйе екі электродтан тұрады (І текті өткізгіштер); олар металдық өткізгішпен байланысады; электродтар иондық өткізгішке (электролит ерітіндісіне) батырылады.

Егер таза суға металл пластинкасын батырса, онда металдың беткі жағында орналасқан катиондар суға өтіп, металл ери бастайды. Металдың бетінде артық мөлшерде жиналып қалған электрондар металды теріс зарядтайды. Ерітіндідегі катиондар мен металдың бетіндегі электрондардың арасында электростатикалық тартылыс күштері пайда болады; металл мен сұйықтың шекарасында қос электр қабаты пайда болып, электродтық потенциал деп аталатын потенциалдар айырмасы түзіледі.

Электродтық потенциал деп металл (электрод) мен сұйық фаза (су немесе электролит ерітіндісі) арасында пайда болатын электростатикалық потенциалдар айырмасын атайды. Электродтық потенциал металл табиғатына, иондардың концентрациясына (активтілігі), температураға байланысты. Бұл байланыс концентрациясына (активтілігі), температураға байланысты. Бұл байланыс Нернст теңдеуімен көрсетіледі.

R – универсал газ тұрақтысы, 8,314 кДж/моль*К

T – температура, К

F – Фарадей тұрақтысы, 96500 Кл

C – ерітіндідегі металл иондарының концентрация, моль/л

–металдың стандарттық электродтық потенциалы, В

n – металл ионының заряды

немесе концентрацияны активтілікке ауыстырып, R, F мәнін қойып, 298 К температура үшін және натуралды логарифмнен ондық логарифмге ауысса:

Гальваникалық элемент – химиялық энергияны электр энергиясына айналдыратын қондырғы.

Гальваникалық элементтің электр қозғаушы күші ЭҚК деп гальваникалық элемент электродтарының потенциалдарының максимальды айырмасы аталады. Электрқозғауыш күшін өлшейтін прибор потенциометр деп аталады.

Кейбір гальваникалық элементтерде энергиясы химиялық реакциялардың нәтижесінде емес, металл пластинкасы батырылған ерітіндінің концентрациясының әртүрлі болуына байланысты туады. Осындай гальваникалық элементтер концентрлік гальваникалық элементтері деп аталады. Концентрлік гальваникалық элементінің электр қозғаушы күші мына формуламен есептеленеді:

Әрбір жеке электродтың электр потенциалын анықтау мүмкін емес. Сондықтан іс жүзінде белгілі металдың электродтық потенциалын басқа бір электродпен салыстырып, салыстырмалы потенциалын өлшейді.

Электродтар екі топқа бөлінеді. -ші текті электродтар – бұл электродтар қатарына өз тұздарының ерітіндісіне батырылған металл пластинкасынан тұратын электродтар жатады. -ші текті электродтар – нашар еритін тұзбен қапталған металл пластинкасы, сол тұз түзетін анионнан тұратын тұздың ерітіндісіне батырылған электродтар.

-ші текті электродтар салыстармалы және индикаторлық болып бөлінеді. Салыстырмалы электродтар қатарына сутектік, каломельді және хлоркүмісті жатады, ал индикаторлық электродтар ретінде хингидронды және шыны электродтары қолданады.