Z chemią w przyszłość

Elektrochemia
191
Po połączeniu obu metali przewodnikiem cynk będzie „uwalniał” się od nadmiaru elektronów,
które będą się przemieszczać od cynku do miedzi, a zatem w wyniku reakcji chemicznych
popłynie prąd elektryczny. Wbudowany w obwód woltomierz o dużym oporze
wewnętrznym wskazuje różnicę potencjałów, czyli siłę elektromotoryczną (SEM) ogniwa.
Zgodnie z międzynarodową konwencją schemat ogniwa Daniella − które przed wynalezieniem
dynama było najważniejszym źródłem prądu stałego do zasilania telefonów
i telegrafów − ma następującą formę:
Zn I Zn 2+ II Cu 2+ I Cu
anoda(–)
granica
faz
klucz
elektrolityczny
katoda(+)
W ogniwach galwanicznych na anodzie (elektrodzie ujemnej) zachodzą procesy utleniania,
a na katodzie (elektrodzie dodatniej) – procesy redukcji.
8.2.1. Siła elektromotoryczna ogniw. Szereg elektrochemiczny metali
Zastanówmy się, od czego zależy siła elektromotoryczna ogniw i jak ją można wyznaczyć.
SEM ogniwa zależy od potencjału elektrycznego każdej elektrody. Z kolei potencjał
elektrody (E) zależy od temperatury oraz stężenia jonów tego metalu w roztworze. Określa
to wzór Nernsta:
RT
E E ° lnc
zF
gdzie:
E – potencjał danej elektrody,
E° – potencjał standardowy danej elektrody,
R – stała gazowa (R = 8,314 J/mol ∙ K),
F – stała Faradaya (F = 96500 C),
z – liczba elektronów oddanych lub pobranych,
c – stężenie molowe jonów tego metalu w roztworze.
Podstawiając do wzoru Nernsta wartości stałe oraz zamieniając logarytm naturalny na
logarytm dziesiętny, otrzymujemy dla temperatury 298 K jego prostszą postać:
E
= E° 0,059
+ log
z
mol
Łatwo możemy zauważyć, że jeżeli: c=1 , to E= E°
3
dm
Jak wynika z tego wzoru, potencjał danej elektrody zależy wyłącznie od stężenia molowego
odpowiednich jonów w roztworze.
c