Електродният потенциал е потенциалната разлика, която възниква на границата между метал и течност. Причина е двойният електричен слой: катиони от метала преминават във водата, а излишните електрони зареждат повърхността отрицателно. Абсолютният потенциал не може да се измери, затова се използват относителни потенциали.
Как възниква електродният потенциал
Ако се постави Zn-ова пластинка във вода, повърхностно разположените катиони на метала (метална кристална решетка) се хидратират от диполните водни молекули и благодарение на това взаимодействие и топлинното движение на молекулите на течността биват извличани от кристалната мрежа на метала и дифузионно следва да преминават в течността, тоест като че ли металът се разтваря.
Но електроните, останали в метала в излишък, зареждат повърхностния слой отрицателно. Възниква електростатично привличане между преминалите във водата хидратирани катиони на метала и неговата повърхност. Очевидно това е равновесие и то динамично - двете скорости на разтваряне на метала и на отлагане на градивните му частици от течността върху метала са еднакви помежду си. Разтварянето на метала протича повърхностно, двудимензионално, а не тридимензионално. Получава се един своего рода двудимензионален разтвор, прикрепен към повърхността на метала, в който концентрацията на хидратираните йони може да бъде значителна. Освен това движението на тези йони е тясно свързано със закрепостените в метала електрони и е движение не обемно, а ограничено и плоскостно.
Двоен електричен слой
По такъв начин на границата метал-течност възниква двоен електричен слой, създава се известна потенциална разлика, наричана електроден потенциал. В количествено отношение потенциалната разлика метал-течност е различна. Тя зависи при еднакви други условия от нееднаквата стойност на енергията на кристалната решетка на метала и нееднаквата хидратаруемост на йоните. Ако металът се потопи не във вода, а в разтвора на някоя негова сол (например Zn в разтвора на ZnSO4), потенциалната разлика съответно се изменя. В обощение под електроден потенциал се разбира разликата между електростатичните потенциали на границата между метала (електрод) и течната фаза (фаза или електролитен разтвор). Хидратираните катиони в разтвора, определящи непосредствено възникването на електроден потенциал, се наричат потенциалоопределящи.
Относителни електродни потенциали
Всеки метал, потопен във вода, или неговият електролитен разтвор става електрод със съответен потенциал. Той понякога се назовава абсолютен и не може да се измери. По тези причини се използват така наречените относителни електродни потенциали, за определянето на които един от абсолютните електродни потенциали се взема за нула и спрямо него се определят останалите при подходящата измервателна схема. В качеството на "нулиев" (стандарт) еталон е приет нормалният водороден електрод. Последният има своя конструкция, но в общи черти се състои от гъбеста пластина, отложена върху платинова пластинка и наситена с водород при външно налягане 760 мм живачни и поставена в разтвор на сярна киселина с такава концентрация, която [H+]=1 грам-йон на литър. Електрохимично така наситената платина се водород се отнася като "твърд" водород. Очевидно на границата Pt, H2\2H+ съществува определена потенциална разлика, но тя се приема условно за нула. Фактически системата Pt, H2\2H+ представлява един "полуелемент". За да определим относителния електроден потенциал на електрода Cu\Cu2+, изгражда се втори "полуелемент" от метала Cu, поставен в разтвор на CuSo4 с такава концентрация, при която [Cu2+]=1 грам-йон на литър и той се включва по подходящ начин в галванична верига с измервателна система. Изграден е цялостен галваничен елемент. Разликата в стойността на електродните потенциали при отворена верига (+)Cu\Cu2+\\2H+\H2, Pt(-) характеризира електродвижещата сила на галваничния елемент. Ако я обозначим с Е, в случя Е=е1-е2. Относителните електродни потенциали при тези предпоставки се обозначават като нормални (стандартни) електродни потенциали за температура 250C. Те се бележат с е0 или с ε0. За медта нормалният електроден потенциал е 0,34 волта и се отчита като положителен. Ако се изгради подобна галванична верига за химично доста активния метал цинк, получава се веригата (+) Pt, H2\2H+\\Zn2+\Zn(-), при която потенциалът е равен на 0,76 волта и се счита като отрицателен.
Електродвижеща сила на галваничен елемент
На ТАБЛИЦА 7 са дадени нормалните електродни потенциали можем да изчисляваме електродвижещата сила на галванични елементи. Например за галваничния елемент Cu-Zn се получава:
- Метал във вода или в електролит е електрод с определен потенциал.
- Потенциалът възниква от двойния електричен слой на границата метал-течност.
- Абсолютният потенциал не може да се измери, затова се ползват относителни.
- От нормалните потенциали се изчислява електродвижещата сила на галваничен елемент.
Често задавани въпроси
Какво е електроден потенциал?
Потенциалната разлика, която възниква на границата между метал и течност.
Защо във водата възниква двоен електричен слой?
Катиони от метала преминават във водата, а излишните електрони зареждат повърхността на метала отрицателно.
За какво служат нормалните електродни потенциали?
С тях се изчислява електродвижещата сила на галванични елементи, например на елемента Cu-Zn.