3. Електродни потенциали

Стандартен водороден електрод (С.В.Е.) - едномоларен разтвор ( $c = 1.00 M$ ) на $H X^{+}$ йони при стандартна температура ( $T = 25° C$ ), в който има пластмасова тръбичка с платинена пластинка в нея, през която тръбичка се продухва водороден газ под стандартно налягане ( $p = 1 bar$ )

а) окислително-редукционни процеси - в зависимост от електрода, с който е свързан, С.В.Е. може бъде или анод или катод (да протича или окисление, или редукция)

$окисление : H X_{2} 2 H X^{+} + 2 e X^{-}$

$редукция : 2 H X^{+} + 2 e X^{-} H X_{2}$
Стандартен електроден потенциал ( $E^{0}, [V]$ ) - потенциалната разлика, която електродът създава, когато се свърже със С.В.Е. при стандартни условия

а) стандартен електроден потенциал на С.В.Е. - приема се за нула

б) свойства
- интензивна величина - не зависи от броя електрони или молове вещество, участващи в реакцията
Стандартен редукционен потенциал - таблична стойност, равна на стандартния електронен потенциал на редукционната полуреакция

Върху даден електрод може да се случва и окисление, и редукция в зависимост от другия електрод, с който е свързан.

Редукцията и окислението върху един и същ електрод са обратни една на друга реакции, следователно имат един и същ стандартен електроден потенциал, но с различен знак.

По конвенция е прието в таблиците да се записва стандартния електроден потенциал при редукция.

а) ред на относителна активност
- колкото по-голям е стандартният редукционен потенциал, толкова по-добър окислител е веществото, което участва в реакцията
Електродвижещо напрежение на галваничен елемент (ЕДН) - напрежението, което се създава между двата електрода на галваничен елемент

$ЕДН (E) = E (окисление) + E (редукция)$

а) стандартно електродвижещо напрежение ( $E^{0}, [V]$ ) - електродвижещото напрежение на галваничния елемент при стандартни условия

$ЕДН (E^{0}) = E^{0} (окисление) + E^{0} (редукция)$

Изчисляване:

$Zn X_{(s)} + Cu X^{2 +} X_{(aq)} Zn X^{2 +} X_{(aq)} + Cu X_{(s)}$
- записват се и се изравняват двете полуреакции
$окисление : Zn X_{(s)} Zn X^{2 +} X_{(aq)} + 2 e X^{-}$

$редукция : Cu X^{2 +} X_{(aq)} + 2 e X^{-} Cu X_{(s)}$
- до тях се записват стандартните редукционни напрежения, като знакът при реакцията на окисление се обръща, а стойността не се умножава спрямо моловете
$окисление : Zn X_{(s)} Zn X^{2 +} X_{(aq)} + 2 e X^{-}, E^{0} (окисление) = - (- 0.76) V = 0.76 V$

$редукция : Cu X^{2 +} X_{(aq)} + 2 e X^{-} Cu X_{(s)}, E^{0} (редукция) = 0.34 V$
- електродвижещото напрежение на галваничния елемент се пресмята по формулата
$ЕДН (E^{0}) = E^{0} (окисление) + E^{0} (редукция) = 0.76 V + 0.34 V = 1.10 V$

б) връзка с енергия на Гибс

$Δ G = - n_{e^{-}} \cdot F \cdot E$
- константа на Фарадей: $F = 96500 \frac{C}{mol}$
- брой обменени електрони: $n_{e^{-}}, [mol]$
- електродвижещо напрежение: $E, [V]$
$Δ G, E$ Спонтанност на процеса

$Δ G < 0 ⟺ E > 0$ спонтанен

$Δ G = 0 ⟺ E = 0$ равновесие

$Δ G > 0 ⟺ E < 0$ неспонтанен

в) уравнение на Нернст - за изчисляване на ЕДН при нестандартни условия

$E = E^{0} - \frac{RT}{F n _{e^{-}}} ln Q_{c}$ $E = E^{0} - \frac{0.0592 V}{n _{e^{-}}} l g Q_{c} (стандартни условия и десетичен логаритъм)$
- константа на Фарадей: $F = 96485 \frac{C}{mol}$
- брой обменени електрони: $n_{e^{-}}, [mol]$
- концентрационно реакционно отношение: $Q_{c}$
- универсална газова константа: $R = 8.314 \frac{J}{mol \cdot K}$
- температура: $T, [K]$
Доказателство

$Δ G = Δ G^{0} + RT ln Q$

$- n_{e^{-}} \cdot F \cdot E = - n_{e^{-}} \cdot F \cdot E^{0} + RT ln Q ∣ : - n_{e^{-}} \cdot F$

$E = E^{0} - \frac{RT}{F n _{e^{-}}} ln Q$

г) стандартен електронен потенциал и равновесна константа

$ln K_{c} = \frac{F n _{e^{-}}}{RT} E^{0}$

$Δ G, E$	Спонтанност на процеса
$Δ G < 0 ⟺ E > 0$	спонтанен
$Δ G = 0 ⟺ E = 0$	равновесие
$Δ G > 0 ⟺ E < 0$	неспонтанен

School