Гальванический потенциал

Гальванический потенциал , вольта-потенциал и поверхностный потенциал в одной фазе. Соответствующие разности потенциалов вычисляются между двумя фазами.

{\ displaystyle \ phi}

{\ displaystyle \ psi}

{\ displaystyle \ chi}

В электрохимии , в потенциал Гальвани (также называемый GALVANI разность потенциалов , или внутреннюю разность потенциалов , Δφ, дельта фи) является электрическая разность потенциалов между двумя точками в объеме двух фаз . ^[1] Эти фазы могут быть двумя разными твердыми телами (например, два металла, соединенные вместе) или твердым телом и жидкостью (например, металлический электрод, погруженный в электролит ).

Потенциал Гальвани назван в честь Луиджи Гальвани .

Гальванический потенциал между двумя металлами [ править ]

Сначала рассмотрим потенциал Гальвани между двумя металлами. Когда два металла электрически изолированы друг от друга, между ними может существовать произвольная разница напряжений. Однако, когда два разных металла вступают в электронный контакт, электроны будут течь от металла с более низким напряжением к металлу с более высоким напряжением до тех пор, пока уровень Ферми электронов в основной части обеих фаз не станет равным. Фактическое количество электронов, проходящих между двумя фазами, невелико (оно зависит от емкости между объектами), а заполненность электронных зон практически не изменяется. Скорее, это небольшое увеличение или уменьшение заряда приводит к сдвигу всех уровней энергии в металлах. Двойной электрический слойобразуется на границе между двумя фазами. ^[2]

Равенство электрохимического потенциала между двумя разными контактирующими фазами можно записать как:

{\ Displaystyle {\ overline {\ mu}} _ {j} ^ {(1)} = {\ overline {\ mu}} _ {j} ^ {(2)}}

куда:

${\ displaystyle {\ overline {\ mu}}}$ это электрохимический потенциал
j обозначает виды, которые являются носителями электрического тока в системе (которые являются электронами в металлах).
(1) и (2) обозначают фазу 1 и фазу 2 соответственно.

Теперь электрохимический потенциал вида определяется как сумма его химического потенциала и локального электростатического потенциала:

{\ Displaystyle {\ overline {\ mu}} _ {j} = \ mu _ {j} + z_ {j} F \ phi}

куда:

μ - химический потенциал
z - электрический заряд, переносимый одним носителем заряда (единица для электронов)
F - постоянная Фарадея
Φ - электростатический потенциал

Из двух приведенных выше уравнений:

{\ Displaystyle \ phi ^ {(2)} - \ phi ^ {(1)} = {\ frac {\ mu _ {j} ^ {(1)} - \ mu _ {j} ^ {(2)} } {z_ {j} F}}}

где разница в левой части - это разность потенциалов Гальвани между фазами (1) и (2). Таким образом, разность потенциалов Гальвани полностью определяется химической разностью двух фаз; в частности, разницей химического потенциала носителей заряда в двух фазах.

Разность потенциалов Гальвани между электродом и электролитом (или между двумя другими электропроводящими фазами) формируется аналогичным образом, хотя химические потенциалы в приведенном выше уравнении могут потребовать включения всех частиц, участвующих в электрохимической реакции на границе раздела.

Связь с измеренным потенциалом ячейки [ править ]

Разность потенциалов Гальвани нельзя измерить напрямую с помощью вольтметров. Измеренная разность потенциалов между двумя металлическими электродами, собранными в ячейку, не равна разнице потенциалов Гальвани двух металлов (или их комбинации с потенциалом Гальвани раствора), потому что ячейка должна содержать другую поверхность раздела металл-металл, как в следующая схема гальванического элемента :

M ⁽¹⁾ | S | М ⁽²⁾ | М ^{(1) '}

куда:

M ⁽¹⁾ и M ⁽²⁾ - два разных металла,
S обозначает электролит,
M ^{(1) '} - дополнительный металл (здесь предполагается, что это металл (1)), который необходимо вставить в цепь, чтобы замкнуть ее,
вертикальная черта | обозначает фазовую границу.

Вместо этого измеренный потенциал ячейки можно записать как: ^[3]

{\ Displaystyle E ^ {(2)} - E ^ {(1)} = \ left (\ phi ^ {(2)} - \ phi ^ {(S)} - {\ frac {\ mu _ {j}) ^ {(2)}} {z_ {j} F}} \ right) - \ left (\ phi ^ {(1)} - \ phi ^ {(S)} - {\ frac {\ mu _ {j} ^ {(1)}} {z_ {j} F}} \ right) = \ left (\ phi ^ {(2)} - \ phi ^ {(1)} \ right) - \ left ({\ frac { \ mu _ {j} ^ {(2)} - \ mu _ {j} ^ {(1)}} {z_ {j} F}} \ right)}

куда:

E - потенциал одиночного электрода,
(S) обозначает раствор электролита.

Из приведенного выше уравнения два металла в электронном контакте (т.е. в состоянии электронного равновесия) должны иметь одинаковый электродный потенциал. ^[3] Кроме того, электрохимические потенциалы электронов в двух металлах будут одинаковыми. Однако их потенциалы Гальвани будут разными (если металлы не идентичны).

Более того, если определить , электрический потенциал (или электродвижущий потенциал в [6]), как ${\ displaystyle \ pi}$

\pi =-{\frac {\mu _{e}}{F}}+\phi

,

что эффективно отрицательно для приведенного электрохимического потенциала электронов, выраженного в вольтах. Следует отметить, что ^[4]^[5] экспериментально измеряется с помощью инертного металлического зонда и вольтметра . $\pi$

См. Также [ править ]

Абсолютный электродный потенциал
Электродный потенциал
ITIES (граница раздела двух несмешивающихся растворов электролитов)
Вольта потенциал

Ссылки [ править ]

^ ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) « Гальваническая разность потенциалов ». DOI : 10,1351 / goldbook.G02574
^ В.С. Багоцкий, «Основы электрохимии», Willey Interscience, 2006.
^ ^a ^b Серджио Трасатти, «Абсолютный электродный потенциал: пояснительная записка (Рекомендации 1986)», Международный союз чистой и прикладной химии, Pure & AppL Chem., Vol. 58, No. 7, pp. 955–966, 1986. http://goldbook.iupac.org/publications/pac/1986/pdf/5807x0955.html ^{[ постоянная мертвая ссылка ]} (pdf)
^ Виркар, Анил В. (2010). «Механизм отслоения кислородных электродов в ячейках твердооксидных электролизеров». Международный журнал водородной энергетики . 35 (18): 9527–9543. DOI : 10.1016 / j.ijhydene.2010.06.058 .
^ Якобсен, Торбен; Могенсен, Могенс (18 декабря 2008 г.). «Курс парциального давления кислорода и электрических потенциалов в ячейке с оксидным электролитом» . Транзакции ECS . 13 (26): 259–273. Bibcode : 2008ECSTr..13z.259J . DOI : 10.1149 / 1.3050398 . ISSN 1938-6737 .

[1] ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) « Гальваническая разность потенциалов ». DOI : 10,1351 / goldbook.G02574

[2] В.С. Багоцкий, «Основы электрохимии», Willey Interscience, 2006.

[Trasatti-3] Серджио Трасатти, «Абсолютный электродный потенциал: пояснительная записка (Рекомендации 1986)», Международный союз чистой и прикладной химии, Pure & AppL Chem., Vol. 58, No. 7, pp. 955–966, 1986. http://goldbook.iupac.org/publications/pac/1986/pdf/5807x0955.html ^{[ постоянная мертвая ссылка ]} (pdf)

[4] Виркар, Анил В. (2010). «Механизм отслоения кислородных электродов в ячейках твердооксидных электролизеров». Международный журнал водородной энергетики . 35 (18): 9527–9543. DOI : 10.1016 / j.ijhydene.2010.06.058 .

[5] Якобсен, Торбен; Могенсен, Могенс (18 декабря 2008 г.). «Курс парциального давления кислорода и электрических потенциалов в ячейке с оксидным электролитом» . Транзакции ECS . 13 (26): 259–273. Bibcode : 2008ECSTr..13z.259J . DOI : 10.1149 / 1.3050398 . ISSN 1938-6737 .

[1]