Атом – электрически нейтральная частица химического элемента. Центр атома – положительно заряженное ядро, окруженное электронным облаком, по орбиталям которого движутся электроны. Атомы, присоединяя или отдавая электроны, превращаются в ионы.
Ионы – электрически заряженные, одноатомные или многоатомные и химически активные частицы. Они обладают положительным (катионы) или отрицательным (анионы) зарядом. Ионы образуются из атомов или групп атомов, приобретающих электроны или, наоборот, теряющих их.
Так же атом всегда электрически нейтрален, ион, напротив, заряженная частица.
В гальваническом элементе анодом становится металл, обладающий меньшим значением электродного потенциала восстановления, а катодом – металл с большим значением электродного потенциала восстановления.
НИКЕЛЬ – КАТОД
Чтобы никель в гальванической паре являлся катодом, необходимо в качестве второго электрода взять металл с меньшим электродным потенциалом восстановления. Возьмем в качестве второго электрода цинковый электрод.
E°(Ni(2+)/Ni) = – 0,234 B
Еº(Zn(2+)/Zn) = − 0,76 B
Еº(Ni(2+)/Ni) > Еº(Zn(2+)/Zn)
В схеме гальванического элемента слева записывается анод, а справа – катод, тогда схема гальванического элемента в общем виде.
Zn | Zn(+2) || Ni(+2) | Ni
Электроды должны быть опущены в растворы собственных солей. Пусть никелевый катод будет опущен в раствор соли NiSO4 с молярной концентрацией 1,0 моль/л, а цинковый анод опущен в раствор соли ZnSO4 с молярной концентрацией 1,0 моль/л.
Тогда схема гальванического элемента будет иметь вид.
Zn | ZnSO4 (1,0 М) || NiSO4 (1,0 М) | Ni
На аноде протекает процесс окисления, а на катоде – процесс восстановления.
Процессы окисления-восстановления на электродах.
Анод (–) Zn – 2е = Zn(2+) | 1 – окисление на аноде
Катод (+) Ni(2+) + 2e = Ni↓ | 1 – восстановление на катоде
Суммируя реакции на аноде и катоде, получаем уравнение токообразующей реакции, которое в ионной форме, выражает происходящую в элементе реакцию.
Zn + Ni(2+) → Zn(2+) + Ni↓
Поскольку молярные концентрации электролитов равны 1,0 моль/л, то можно посчитать стандартную ЭДС гальванического элемента.
ЭДС° = Е (катода) – Е (анода) = Еº(Ni(2+)/Ni) – Еº(Zn(2+)/Zn) = (– 0,234) – (− 0,76) = 0,526 В
НИКЕЛЬ – АНОД
Чтобы никель в гальванической паре являлся анодом, необходимо в качестве второго электрода взять металл с большим электродным потенциалом восстановления. Возьмем в качестве второго электрода медный электрод.
E°(Ni(2+)/Ni) = – 0,234 B
Еº(Cu(2+)/Cu) = + 0,34 В
Еº(Cu(2+)/Cu) > Еº(Cu(2+)/Cu)
Схема гальванического элемента в общем виде.
Ni | Ni(+2) || Cu(2+) | Cu
Пусть никелевый анод будет опущен в раствор соли NiSO4 с молярной концентрацией 1,0 моль/л, а медный катод опущен в раствор соли CuSO4 с молярной концентрацией 1,0 моль/л.
Тогда схема гальванического элемента будет иметь вид.
Ni | NiSO4 (1,0 M) || CuSO4 (1,0 M) | Cu
Процессы окисления-восстановления на электродах.
Анод (–) Ni – 2е = Ni(2+) | 1 – окисление
Катод (+) Cu(2+) + 2e = Cu↓ | 1 – восстановление
Суммируя реакции на аноде и катоде, получаем уравнение, которое в ионной форме, выражает происходящую в элементе реакцию.
Ni + Cu(2+) → Ni(2+) + Cu↓
Поскольку молярные концентрации электролитов равны 1,0 моль/л, то можно посчитать стандартную ЭДС гальванического элемента.
ЭДС° = Е (катода) – Е (анода) = Еº(Cu(2+)/Cu) – Еº(Ni(2+)/Ni) = 0,34 – (– 0,234) = 0,574 В
