, произведение концентраций ионов в насыщенном растворе малорастворимого сильного электролита. Показатели степени для концентраций, входящих в П. р., равны коэффициенту при соответствующем ионе в уравнении диссоциации электролита. Для неидеальных растворов концентрации должны быть заменены на активности и полученное произведение называется произведением активностей. При данной температуре и в данном растворителе П. р. для каждого электролита есть характерная постоянная величина.
6.5 Химическая кинетика и равновесие в гомогенных и гетерогенных системах.
Системой в химии принято называть рассматриваемое вещество или совокупность веществ. При этом системе противопоставляется внешняя среда - вещества, окружающие систему. Обычно система физически ограничена от среды. Система, имеющая во всех своих частях одинаковый состав и физические свойства, называется однородной. Однородная система (как по составу, так и по физическому строению), внутри которой нет поверхностей раздела, называется гомогенной.
Примером гомогенной системы является любая газовая смесь, раствор нескольких веществ в одном растворителе, лед, вода.
Система, состоящая из нескольких макроскопических частей с различными физическими свойствами, отделенных одна от другой видимыми поверхностями раздела, называется гетерогенной. Например, вода и пар, лед и вода и др.
Гомогенные части системы, отделенные от остальных частей видимыми поверхностями раздела, называются фазами. В зависимости от числа фаз гетерогенные системы называются двухфазными и трехфазными (газообразное, жидкое и твердое состояния).
Скоростью гомогенной реакции называется количество вещества, вступающего в реакцию или образующегося при реакции за единицу времени в единицу объема.
|
|
Введем обозначения: Vгом - скорость гомогенной реакции; п - число молей какого - либо вещества, получающегося при реакции; V - объем системы; t - время; D - знак приращения (D n = n2 – n1; D t =t 2 - t 1). Тогда vгом = D n/(vD t). Отношение D n/v представляет собой концентрацию данного вещества D с, откуда
Vгом = D с/D t (6.14)
19. Гальвани́ческий элеме́нт — химический источник электрического тока, названный в честь Луиджи Гальвани. Принцип действия гальванического элемента основан на взаимодействии двух металлов через электролит, приводящем к возникновению в замкнутой цепи электрического тока. ЭДС гальванического элемента зависит от материала электродов и состава электролита.
Принцип действия гальванических элементов
Переход электронов как источник электрической энергии Поскольку каждая химическая связь и каждое химическое превращение зависит от движения внешних электронов атомов, то в мире атомов и молекул каждое химическое явление сопровождается изменением состояния электрически заряженных частиц. В обычных химических процессах это изменение заключается в том, что электроны переходят от одного атома к другому, соседнему. Такие изменения, происходящие в атомных масштабах, означают либо возникновение, либо перемещение химических связей - они проявляются не как электрические феномены, а как химические превращения. Если мы, например, погрузим цинковый стержень в раствор, сернокислой меди, то медь из раствора будет осаждаться на цинке, окрашивая его Поверхность в красноватый цвет, а цинк в виде ионов -переходить в раствор. Сернокислая медь в водном растворе практически полностью диссоциирована, поэтому такой химический процесс описывается следующим уравнением:
|
|
Zn + Cu2+ + SO42- -»Си + Ztt2+ + SQ42-.
Так как сульфат-ионы в этой реакции остаются неизменными, уравнение можно записать в виде: + Cu. (2) Сущность данного процесса состоит в том, что в растворе ионы меди, оказавшиеся в результате теплового движения вблизи поверхности цинкового стержня, отнимают от близлежащих атомов цинка два электрона. Атом цинка превращается в ион и переходит с поверхности металла в раствор, в то время как ион меди становится нейтральным атомом, который не растворим в воде и поэтому осаждается на внешней поверхности цинка (рис.62). Этот процесс протекает в две фазы;
1. Атомы цинка отдают электроны:
2. Ионы меди забирают электроны:
Cu2++ 2e--»Cu
Даже в этом простом процессе выделяется электрическая энергия, однако' она проявляется только на атомарном уровне. Если мы хотим получить макроскопический электрический ток при переходе электронов от металлического цинка к ионам меди, мы должны добиться того, чтобы цинк отдавал свои электроны более отдаленным Ионам меди, а не тем, которые находятся с ним в непосредственном контакте. Для этого необходимо, чтобы электроны перетекали от цинка к меди по внешнему проводнику, создавая тем самым
электрический ток. Для осуществления превращения химической энергии в макроскопически используемую электрическую энергию нужно пространственно разделить процессы отдачи и приема электронов.
|
|
Водоро́дный электро́д — электрод, использующийся в качестве электрода сравнения при различных электрохимических измерениях и в гальванических элементах. Водородный электрод (ВЭ) представляет собой пластинку или проволоку из металла, хорошо поглощающего газообразный водород (обычно используют платину или палладий), насыщенную водородом (при атмосферном давлении) и погруженную в раствор, содержащий ионы водорода. Потенциал платины зависит от концентрации ионов Н+ в растворе. Электрод является эталоном, относительно которого ведется отсчет электродного потенциала определяемой химической реакции. При давлении водорода 1 атм., концентрации протонов в растворе 1 моль/л и температуре 298 К потенциал ВЭ принимают равным 0 В. При сборке гальванического элемента из ВЭ и определяемого электрода, на поверхности платины обратимо протекает реакция:
2Н+ + 2e- = H2
то есть, происходит либо восстановление водорода, либо его окисление - это зависит от потенциала реакции, протекающей на определяемом электроде. Измеряя ЭДС гальванического электрода при стандартных условиях (см. выше) определяют стандартный электродный потенциал определяемой химической реакции.
ВЭ применяют для измерения стандартного электродного потенциала электрохимической реакции, для измерения концентрации (активности) водородных ионов, а так же любых других ионов. Применяют ВЭ так же для определения произведения растворимости, для определения констант скорости некоторых электрохимических реакций.
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ РЯД НАПРЯЖЕНИЙ, последовательность расположения электродов в порядке возрастания их стандартных электродных потенциалов (см. Стандартный потенциал). Металлич. электроды в водном р-ре электролита образуют след. Э. р. н.: Li, К, Rb, Ba, Sr, Ca, Na, Се, Mg, Be, Al, Ti, Mn, V, Zn, Cr, Ga, Fe, Cd, In, Tl, Co, Ni, Sn, Pb, H2, Bi, Cu, Hg, Ag, Pt, O2, Au. Ддя сравнения включены водородный электрод (Pt, H2[l атм] | Н+), потенциал к-рого при давлении водорода 1,01 x 105 Па и термодинамич. активности а ионов Н+ в водном р-ре, равной 1, при всех т-рах принимается равным нулю (потенциалопределяющая р-ция Н+ + е 
1/2Н2, где е - электрон) и кислородный электрод (потенциалопределяющая р-ция О2 + 2Н2О + 4е 
4ОН-).