ЭЛЕКТРОДВИЖУЩАЯ СИЛА ХИМИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ ТОКА

Как мы уже указывали, химический источник тока состоит из двух полуэлементов. Каждый полуэлемент характеризуется собственным электродным потенциалом. Когда эти два полуэлемента соединены и замкнуты внешней цепью, происходят два важных явления.

Во-первых, в источнике тока начинает протекать окислительно-восстановительная реакция. Эта реакция представляет собой сумму двух полуреакций. В результате

Таблица 10.5. Стандартные окислительно-восстановительные потенциалы

нарушается равновесие в каждом из двух полуэлементов. По мере протекания окислительно-восстановительной реакции концентрация окисленных частиц в анодном полуэлементе возрастает. Одновременно с этим концентрация окисленных частиц в катодном полуэлементе уменьшается. В конце концов окислительно-восстановительная реакция достигнет положения равновесия. Когда это произойдет, батарея истощится.

Во-вторых, когда два полуэлемента соединены и замкнуты внешней цепью, в ней возникает электрический ток, который течет от отрицательного электрода - анода к положительному электроду катоду. Причиной возникновения электрического тока является разность потенциалов полуэлементов. Во внешней цепи этот ток представляет собой поток электронов. В двух полуэлементах электрический ток переносится ионами. По мере протекания тока концентрация окисленных частиц возрастает, а концентрация восстановленных частиц уменьшается. Следовательно, разность потенциалов между двумя электродами уменьшается. Когда будет достигнуто равновесие, разность потенциалов между двумя электродами (полуэлементами) станет равной нулю.

Максимальное значение разности потенциалов между двумя электродами называется электродвижущей силой (э.д.с.) химического источника тока. Это значение разности потенциалов гальванический элемент имеет в тот момент, когда он еще не использован для получения тока. Ниже будет рассказано, как можно определить э.д.с. гальванического элемента. Под стандартной э.д.с. химического источника тока понимают его э.д.с. при стандартных условиях, указанных выше.

Вычисление э.д.с. химического источника тока

Вычисление э.д.с. химического источника тока осуществляется при помощи двух следующих правил:

1. Полуэлемент с более положительным электродным потенциалом всегда помещается в правой части схематической записи гальванического элемента.

Выше было указано, что на этом полуэлементе должно происходить восстановление. Поэтому электрод такого полуэлемента имеет положительный заряд.

2. Э.д.с. химического источника тока определяется выражением

где — электродный потенциал правого полуэлемента, а - электродный потенциал левого полуэлемента в схематической записи источника тока.

Пример

По указанным ниже данным требуется определить: а) стандартную э.д.с. химического источника тока; б) реакцию, протекающую в нем; в) схему источника тока. Исходные данные:

Решение

а) Электрод никель-ион более положителен. Следовательно,

б) В правом полуэлементе источника тока всегда происходит восстановление:

В левом полуэлементе источника тока всегда происходит окисление:

Полное уравнение окислительно-восстановительной реакции получается путем суммирования уравнений этих двух полуреакций:

в) Схема рассматриваемого химического источника тока имеет вид