Faraday-törvény
Faraday-törvény. termodinamika HIT
A 1833-1834 gg. Michael Faraday felfedezte két törvényt, amely meghatározza a kapcsolat a villamosenergia-mennyiség telt el, és az anyag mennyiségét, amely átesett kémiai átalakítások az elektróda. Szerint a Faraday-törvény kombinált elektrokémiai átalakítás egyik mól anyag a rendszerben áramló villamos mennyiség egyenlő nF:
ahol F - Faraday állandó (96485 C / mol vagy 26,8 A h / mol); n - sztöchiometrikus elektronok száma bevont elektrokémiai átalakulások.
Ismerve a tömege mól reagens, egy könnyen meghatározni a konkrét elméleti fogyasztás azt egységnyi villamos energia mennyisége. Erre a tömeg mol M - anyag osztva a villamos energia mennyisége nF:
Ha az elektród fut több folyamat, az aránya a villamosenergia-mennyiség fogyasztott egy időben, vagy egy másik folyamat az úgynevezett jelenlegi hozam. Az arány a kapacitás kapott HIT, az elméleti kapacitás számított Faraday-törvény, az úgynevezett Faraday kihasználási tényezője reagenst.
Kiszámítása EMF kémiai áramforrásokat.
Ez lehet számítani a paraméterek HIT egyensúlyi (hiányában áram): EMF és hatékonyságának átalakítása kémiai energiát elektromos energiává.
HIT jellemzően működnek izobarnoizotermicheskih körülmények között (azaz. E. állandó nyomáson p és T hőmérséklet). Ezen körülmények között, a lehető legnagyobb munka lehetett elérni a rendszer egy reverzibilis kémiai reakció Wmax. egyenlő a csökkenés a szabad energia (Gibbs energia) során a rendszer az áramlás a reakció δG:
Másrészt, a maximális munka nyerhető a sejt, a termék EMF WEmax Ee eleme a villamosenergia-mennyiség qE:
Egyenlővé a maximális munka egy kémiai reakció és a maximális villamos munka egyenlet (1.1.2), megkapjuk a számítására használt egyenlet a elektromotoros erő elem:
Gibbs energia változás során a rendszer egy kémiai reakció, része az egyenletnek kiszámítására elektromotoros erő, mint bármely Af termodinamikai funkciója lehet kiszámítani a következő egyenlet szerint
ahol a sztöchiometriai együttható Vj JGO anyag a reakció egyenletben; Af termodinamikai funkció Fj j-edik anyag képződését egyszerű anyagok; indexek „egyenes” és „kimenő” kifejezés a reakciótermékek és a kiindulási anyagok.
Számításához a EMF aktivitásától függően a reagensek és a reakciótermékek kell venni egyenletben izobár reakciót alkalmazzuk az elektrokémiai folyamat formáját ölti a Nernst-egyenlet. Ezután a kifejezés EMF elem írva
ahol aj és AJ ref ave - j x aktivitása a kiindulási anyagok és a reakciótermékek; R - egyetemes gázállandó; T az abszolút hőmérséklet; E E 0 - szabványos EDS elem társítva a standard Gibbs energia δG 0 arány
Sok esetben, a tevékenység a komponenseket lehet helyettesíteni koncentrációkat (az oldott anyag) vagy részleges nyomás (gázoknál). Így szerint egy ismert termodinamikai funkciókat lehet kiszámítani EMF bármely elemét, azaz. E. Emf alapú elem bármilyen elektrokémiai rendszer.
A függőség az EMF a T hőmérséklet lehet egyenletből számítjuk
ahol δS entrópiaváltozás során az áram-termelő reakció.
Növekvő hőmérséklettel EMF elem megnő, ha a reakciót entrópia változás pozitív, és csökkenő ha negatív entrópia változása a reakció. Számításához EMF használhatja egyenletet különböző hőmérsékleteken
ahol AH entalpia változás során az áram-termelő reakció. Kiszámításakor az EMF egy széles hőmérséklet-tartományban kell vizsgálni AH és az AS a hőmérséklettől függően.
Szerint a második elv a termodinamika termék TAS kifejezi a részét a teljes energia a reakció, amely csak akkor alakul hővé. Ennek megfelelően, az elméleti érték a felszabaduló hőmennyiség vagy szívódik fel a eleme egyensúlyi körülmények (infinitezimális kisülési áram) van kifejezve az alábbi egyenlet
Az egyensúlyi elektród potenciál és EMF. Az elektródok lehet megállapítani egyensúlyi, amelyben a forward reakció sebessége - oxidáció - egyenlő a kölcsönös a reakciósebesség - Recovery:
ahol Ox és Vörös - oxidált és redukált formájának az anyag.
Az elektróda potenciál, amelyet létre egyensúlyi folyamat az elektród, az úgynevezett egyensúlyi potenciális különbség E. egyensúlyi potenciálok szemközti elektródok egyenlő az elektromotoros erő megfelelő elem
Ahol az E (+) P H E () p - egyensúlyi potenciálok a pozitív és negatív elektródák.
Az egyensúlyi elektródpotenciál jellegétől függ a reakció-hőmérséklet és az aktivitást az összes anyagot a reakcióban résztvevő (mint kiindulási anyagok és termékek). Például, ha a reakció megy végbe az elektróda
az egyensúlyi elektródpotenciál alábbi egyenlet fejezi ki (Nernst-egyenlet):
ahol A és D - a többi résztvevő (kivéve az oxidálószer Ox és redukálószer Red) reakciót, beleértve a vizet, hidrogén-ionok, hidroxid, stb.;.
E 0 ox / piros - egy standardpotenciál egyensúlyt.
Az értékek a standardpotenciál bizonyos reakciók a HIT függelékben találhatók A. 7.
Mérése elektromotoros erő és az elektróda potenciál. Referencia elektródok. Ahhoz, hogy mérjük a EMF feszültségmérő alkalmazható egy elegendően nagy értékű a bemeneti ellenállása legalább 10 megaohm / B. Erre a célra a kompenzáló áramkör is használják. A kompenzációs módszer, a mért különbség a potenciális (EMF) kompenzálja a potenciális különbség egy külső forrásból, ellenőrizte egy referencia elemet (ábra. 1.1.2). EMF ebben az esetben úgy számítjuk a következő egyenlet szerint
ahol EET - EMF referenciaelem; 1X és / fl - egy olyan érintkezési helyzet a dián vezetékes kompenzációs referencia EMF és a vizsgált elemek.
A referencia forrása EMF használunk telített Weston elemet, amelynek a következő elektrokémiai rendszer:
Hőmérsékletfüggése elektromotoros erő sejt telített Weston által leírt egyenlettel
A hőmérséklet-intervallum t 0 és 40 ° C-EMF Weston elem reprodukálható akár egy mV (±). Táblázat EMF értékek Weston elem különböző hőmérsékleteken mutatjuk be a függelékben (Táblázat. 8.1 bekezdés).
Ahhoz, hogy mérjük a potenciálját az egyes elektród képezi elektrokémiai cella E elektróda és a referencia elektród és mérjük a EMF ennek az elemnek. Mivel a referencia elektród jellemzően standard hidrogén elektród, amely egy tál platinával bevont platina elmerül a sav hidrogén-ion aktivitása 1 mol / l, és mossuk az áramban hidrogéngáz nyomáson 100 kPa.
A hidrogén-elektród van megvalósítva az alábbi egyenleg:
Standard hidrogén elektród potenciálját vesszük nulla minden hőmérsékleten. A különbség a mért elektródpotenciál és standard hidrogén elektród potenciálja az elektródon az úgynevezett hidrogén-skála.
Emellett hidrogénatom és a másik jelentése a használt vonatkozási elektródok: ... kalomel, higany-oxid, sulfatnortutny, ezüst-klorid, kinhidron, stb Minden ilyen elektróda, azzal az eltéréssel, kinhidron elektródok a második fajta, azaz, ha azok reverzibilis tekintetében az anion egy gyengén oldódó só.
Kalomel elektród a higany csepp, ami egy kis mennyiségű paszta kalomel (Hg2 Cl2), óvatosan dörzsölte higannyal. A pasztát egyikével impregnálunk detsimolyarnym telített kálium-kloridban, az oldatot azonos felett paszta. Amikor egy telített oldat a kálium-klorid kristályok (KCl).
A kalomel elektróda létre az egyensúlyt a higany és a oldatban lévő fémionok, valamint a között, a higany-ionok az alig oldódó kalomel:
Potenciálok kalomel elektród különböző hőmérsékleteken függeléke A8 (táblázatok. 8.2 szakasz).
Hasonlóképpen működő sulfatnortutny, sulfatnooksidny és ezüst-klorid elektródák.
A sulfatnortutnom elektróda masszát készül a higany és a higany-szulfát (Hg2 S04), és az elektrolitot általánosan használt mólos kénsav. Ez elektród készlet közötti egyensúly higany és az oldatban lévő fémionok, valamint a között, a higany-ionok, és a nehezen oldható sóját:
A teljes egyenleget az űrlap
A függőség elektródpotenciál sulfatnortutnogo-szulfát koncentráció kifejezése az alábbi egyenlet
Sulfatnortutnogo elektródpotenciál függés hőmérséklet által leírt egyenlettel
Az értékek a standardpotenciál sulfatnortutnogo függelékben megadott A8 (táblázatok. Bekezdés 8.3).
A vörös higany-oxid elektródát alkalmazunk higany-oxid (HgO), és elektrolit alkalikus oldatot. Ez elektród készlet közötti egyensúly higany és az oldatban lévő fémionok, valamint a között, a higany-ionok, és a nehezen oldható oxid:
Higany-oxid elektród potenciál a koncentrációtól függően a hidroxid-ionok alábbi egyenlet fejezi ki
Ezüstklorid elektród által gyártott felületének bevonására ezüst huzal vagy lemez réteg ezüst-klorid, például anódos kezelés egy-klorid-oldattal. Ez az egyensúly jön létre az elektróda ezüst ionok a fém és az oldatban, és között is az ezüst-ionok az alig oldódó klorid:
Értékek standard ezüst-klorid-elektród a lehetséges különböző hőmérsékleteken függeléke A8 (táblázatok. P.8.4).
Kinhidron - ekvimoláris keveréke kinon (S6N402) és hidrokinon (S6N402N2). A vizes oldatok kinhidron inert (például platina) elektróda kiegyenlítődni hidrogén ionok:
A megoldások telített kinhidron (a kinhidron vízben való oldhatósága kicsi, úgy, hogy a készítmény egy telített oldatnak kellően elhanyagolható mennyiségű reagenst (csipet)), kinon és hidrokinon aktivitás állandó, így a lehetséges egy platina elektród egy olyan oldatban, csak attól függ, a hidrogén-index - pH:
Az értékek a standardpotenciál kinhidron különböző hőmérsékleteken függeléke A8 (táblázatok. Szakasz 8.5).