ЭДС (электродвижущая сила) гальванического элемента определяется по формуле:
ЭДС = E(катод) - E(анод)
где:
- E(катод) - электродный потенциал катода (электрода, на котором происходит восстановление)
- E(анод) - электродный потенциал анода (электрода, на котором происходит окисление)
Что такое электродный потенциал?
Электродный потенциал – это мера способности данного электрода притягивать электроны из раствора. Чем выше значение электродного потенциала, тем сильнее этот электрод является окислителем.
Как рассчитать ЭДС?
- Определить катод и анод: Катод - это электрод с более положительным стандартным электродным потенциалом.
- Найти значения стандартных электродных потенциалов в таблице стандартных электродных потенциалов.
- Подставить значения в формулу: От значения электродного потенциала катода отнять значение электродного потенциала анода.
Пример
Рассмотрим гальванический элемент, состоящий из медного и цинкового электродов, погруженных в растворы своих солей.
- Медный электрод: Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu (стандартный потенциал +0,34 В)
- Цинковый электрод: Zn → Zn²⁺ + 2e⁻ (стандартный потенциал -0,76 В)
Поскольку медь имеет более положительный потенциал, она будет катодом, а цинк - анодом.
ЭДС = E(Cu) - E(Zn) = 0,34 В - (-0,76 В) = 1,1 В
Что означает знак ЭДС?
- Положительное значение ЭДС означает, что процесс в гальваническом элементе протекает самопроизвольно.
- Отрицательное значение ЭДС говорит о том, что процесс протекает самопроизвольно в обратном направлении.
Важные замечания
- Стандартные условия: Приведенные значения электродных потенциалов относятся к стандартным условиям (температура 25°C, концентрация ионов 1 моль/л).
- Уравнение Нернста: Для расчета электродного потенциала при нестандартных условиях используется уравнение Нернста.
- Практическое применение: Знание ЭДС гальванического элемента позволяет рассчитать работу, которую он может совершить, и выбрать подходящий источник тока для различных устройств.