Закон Фарадея. Гальванический элемент Даниэля Якоби. Аноды Катоды

Законы Фарадея. Английский ученый Фарадей открыл законы, определяющие зависимость между количеством прошедшего электричества и количеством вещества, испытавшего химическое превращение на электроде:

1. 
   Количество вещества, испытавшего электрохимическое превращение на электроде, прямо пропорционально количеству прошедшего электричества.
   
2. 
   При постоянном количестве прошедшего электричества массы прореагировавших на электродах веществ относятся друг к другу как молярные массы их эквивалентов.
   

При превращении одного моля эквивалентов вещества на электроде через него проходит F = 96500 Кл (А∙с) электричества. Эта величина называется постоянная Фарадея. Величина F соответствует одному молю (6,02 × 1023) элементарных зарядов.

Электродные потенциалы. В кристалле металла существует равновесие: Ме Меⁿ⁺ n_e + , где Ме - атом металла, Меn+ - ион металла, n - заряд иона металла, e - электрон. Особенность кристаллической решетки металла состоит в том, что
в её узлах находятся положительно заряженные ионы металла, которые
«погружены» в «электронный газ», распределенный по всему объему металла.

Рассмотрим электродную реакцию, т.е. процессы, протекающие при контакте металла с раствором, содержащим ионы этого же металла. При погружении металла в такой раствор начинается взаимодействие поверхностных ионов металла, находящихся в узлах решетки, с компонентами раствора, главным образом - с полярными молекулами воды, ориентированными у поверхности электрода. В результате часть ионов поверхностного слоя металла переходит в раствор в виде гидратированных ионов (Meⁿ*mH₂ O), а в металле остаются электроны, заряд которых оказывается не скомпенсирован положительно заряженными ионами:

Me + m H₂O → Meⁿ⁺∙ m H₂O + n_e

Металл становится заряженным отрицательно, а раствор вблизи поверхности металла – положительно. В результате электростатического притяжения между катионами Meⁿ⁺ в растворе и избыточными электронами в поверхностном слое металла образуется двойной электрический слой (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Схема процесса, протекающего на границе раздела “металл (Сu) – вода“

На границе соприкосновения металла с жидкой фазой возникает разность потенциалов (скачок потенциала), или электродный потенциал. С накоплением ионов металла в растворе дальнейшее растворение металла начинает тормозиться и протекает обратная реакция – восстановление ионов металла с осаждением их на поверхности металла:

Ионы металла (Меⁿ⁺) находятся под действием силы притяжения их молекулами воды и силы, стремящейся "втянуть" ионы обратно в металл, т.е. одновременно протекают два противоположных процесса: растворение и осаждение металла. Это приводит к равновесию:

Me + m H₂O →Meⁿ⁺∙ m H₂O + n_e (в растворе) (на металле)

Равновесие имеет динамический характер, так как прямой и обратный процессы идут с одинаковой скоростью. Потенциал, устанавливающийся в условиях равновесия электродной реакции, называется равновесным электродным потенциалом.

Абсолютное значение возникающего скачка потенциала на гра- нице металл - раствор измерить невозможно, поэтому пользуются относительными величинами, измеренными от произвольно выбранного нулевого уровня. Принято, что нулю равен электродный потенциал стандартного водородного электрода. Для характеристики электродных процессов пользуются относительными значениями электродных потенциалов. Для этого находят разность потенциалов измеряемого электрода и стандартного водородного электрода. Знак этой разности потенциалов (т.е. знак относительного электродного потенциала) может быть положительным или отрицательным (либо равным нулю).