Таблица стандартных электродных потенциалов является важнейшим справочным материалом для химиков, физиков и инженеров. Знание значений этих потенциалов позволяет прогнозировать направление окислительно-восстановительных реакций, оценивать возможность самопроизвольного протекания химических процессов, рассчитывать энергетические характеристики гальванических элементов.
Основные понятия теории электродных потенциалов
Электродный потенциал характеризует способность данной REDOX-системы к окислению или восстановлению. Он определяется как разность потенциалов между рассматриваемым электродом и электродом сравнения, чаще всего стандартным водородным электродом.
Электро́дный потенциал, это ЭДС химического элемента, составленного из данного электрода и стандартного водородного электрода. Электродный потенциал Водорода принят равным нулю.
Стандартные значения электродных потенциалов приводятся для определенного диапазона температур, давления и активностей участвующих веществ. На практике условия часто отличаются от стандартных. Тогда для вычисления потенциала используют уравнение Нернста.
| Для любой электродной реакции, включающей перенос n электронов, электродный потенциал определяется уравнением:
|
где Е°- стандартный электродный потенциал, g - активность участвующих частиц, остальные величины - известные константы.
Активность ионов в растворе может существенно отличаться от их концентрации. Этот факт необходимо учитывать при применении уравнения Нернста для реальных систем.
Особенности электродных потенциалов в неводных средах
Значения стандартных электродных потенциалов сильно зависят от природы растворителя. Это связано с разной сольватацией ионов и различной диэлектрической проницаемостью среды.
- Для создания единой шкалы потенциалов ведется поиск универсального электрода сравнения, малочувствительного к природе растворителя.
- В качестве таких электродов рассматриваются системы на основе крупных органических ионов.
- В расплавленных солях за стандарт принимают хлорный электрод.
- В твердых электролитах используют оксидные электроды, в частности вюститовый.
Таблица электродный потенциал водородного электрода принимается за ноль при любом растворителе и давлении, однако абсолютные значения потенциалов других систем сильно зависят от условий.
Практическое использование данных о потенциалах
На основании табличных значений электродных потенциалов можно:
- Составлять ряды активности металлов по их способности к восстановлению.
- Прогнозировать направление окислительно-восстановительных реакций.
- Оценивать возможность самопроизвольного протекания химических процессов.
- Рассчитывать энергию Гиббса реакции и константу равновесия по известным значениям потенциалов.
Потенциалы электродов используются для выбора окислителя или восстановителя в конкретном химическом или электрохимическом процессе. Например, прогнозирования продуктов коррозии металлов с учетом окружающей среды.
Источники данных о потенциалах
Основными источниками справочных данных о значениях стандартных электродных потенциалов являются специализированные научные издания и базы данных.
- Значения потенциалов можно найти в периодических обзорных статьях.
- Издаются сборники и базы данных с рекомендованными величинами.
- Часто используют усредненные значения из нескольких литературных источников.
Таблица с электродными потенциалами должна регулярно обновляться с учетом последних литературных данных и измерений.
Учет факторов, влияющих на потенциал
Таблица — электродный потенциал. При составлении справочных таблиц потенциалов необходимо правильно учитывать их зависимость от:
- температуры;
- давления;
- природы растворителя;
- активности участвующих частиц.
Эти параметры должны быть явно указаны для каждого значения потенциала.
Пересчет термодинамических данных в потенциалы
Многие таблицы электродных потенциалов составляют на основе литературных данных о:
- энергии Гиббса электродных реакций;
- константах равновесия процессов;
- других термодинамических параметрах.
Эти величины пересчитывают в соответствующие значения стандартных потенциалов с использованием теоретических соотношений.
Систематизация данных о потенциалах
Для удобства использования все опубликованные данные о потенциалах желательно систематизировать:
- в виде сводных таблиц по группам веществ;
- с указанием источника каждого значения;
- отдельно для различных условий (температура, давление, растворитель).
Такая обработка данных позволит быстро находить нужное значение в таблице электродных потенциалов и оценивать его достоверность.
