Гальванические элементы

Электрохимическая реакция — это процесс, при котором электроны передаются между двумя веществами, при этом одно теряет электроны, а другое их приобретает. Когда вещество теряет электроны, мы говорим, что оно подверглось окислению или что оно окислилось. Когда он набирает электроны, мы говорим, что он подвергся восстановлению или был восстановлен. Чтобы помочь вам различить эти два понятия, запомните фразу «нефтяная вышка», которая означает, что окисление — это потеря, а восстановление — это приобретение. Некоторые электрохимические реакции протекают спонтанно, что мы можем изучить в гальваническом элементе.

Гальванический элемент состоит из четырех основных частей. Во-первых, есть два металлических электрода, каждый из которых погружен в разный раствор электролита. Растворы состоят из ионов, необходимых для полуреакций, будь то реакция окисления или восстановления, которые происходят на каждом электроде. Растворы соединены солевым мостиком, который обеспечивает поток ионов и поддерживает зарядовую нейтральность растворов. Электроды соединены внешней цепью, по которой электроны проходят во время реакции.

Анод — это электрод, который отдает электроны в ходе реакции или окисляется. Катод — это электрод, который набирает электроны и восстанавливается. Чтобы помочь вам различить эти два ярлыка, запомните фразу «красная кошка», поскольку редукция происходит на катоде.

Так как же узнать, какой металл действует как анод, а какой — как катод? Мы можем использовать стандартный электродный потенциал металла, который является мерой склонности металла к потере электронов. Более отрицательный электродный потенциал означает, что металл имеет более высокую склонность к потере электронов. Электроны всегда перетекают из металла с меньшим стандартным потенциалом в металл с большим стандартным потенциалом.

В гальваническом элементе электроны перетекают от анода к катоду, таким образом, анод — это металл с более низким стандартным потенциалом, а катод — металл с более высоким стандартным потенциалом. Когда электроны перемещаются между двумя электродами, измеряется электрический потенциал. Величина создаваемого напряжения равна стандартному потенциалу катода за вычетом стандартного потенциала анода.

Таким образом, если в гальваническом элементе используются два металла с одинаковыми стандартными электродными потенциалами, такие как, например, свинец и олово, величина производимого напряжения будет низкой. Если металлы имеют разные стандартные потенциалы, такие как серебро и магний, создаваемое напряжение будет высоким.

В этой лаборатории вы сконструируете гальваническую ячейку с использованием двух металлических электродов и измерите потенциал, возникающий при протекании реакций окисления и восстановления. Затем вы определите неизвестные металлические электроды, используя известные стандартные потенциалы, и определите величину производимого напряжения.