표준 전극 전위의 예는 전기 화학의 정의에 따르면“표준 압력 하에서 분자 수소가 왼쪽 전극에서 용매로 산화되는 셀의 표준 EMF (전자 유전자 력)의 크기”이다. 임의의 원소 또는 화합물에 적용될 때, 그 환원 전력은 어금니 등가물로 측정됩니다. 그것은 항상 갈바닉 세포와 같은 전기 화학적 세포의 기초로서 역할을하는 산화 환원 반응이며, 이는 두 개의 반 반응으로 나눌 수있다 :양극의 산화 (하나의 전자 손실) 및 음극에서의 감소 (전자의 이득). 이 상황에서 전기 생산을 초래하는 전해질과 관련하여 두 금속 전극의 개별 전위 사이의 전위 차이입니다.
전위는 다른 요인들 중에서도 온도, 농도 및 압력에 따라 변동합니다. 반 반응의 산화 전위가 산화 환원 반응에서 감소 전위의 역전이기 때문에,이 경우 두 가지 전위 중 하나를 계산하는 것으로 충분하다. 혼란을 피하기 위해 표준 전극 전위는 때때로 표준 감소 전위라고합니다. 각각의 전극-전해질 계면은 전극이 긍정적으로 하전하려는 시도 (증착)의 시도로 인해 금속 이온이 금속 전극에 증착되는 경향이있다. 전극의 금속 원자는 이온으로서 용액에 용해되는 경향이 있으며, 전극을 전극을 부정적인 전하로 만들기 위해 전극의 뒤에 남겨 두는 경향이있다. 평형에서, 전하가 분리되어 있으며, 두 가지 반대 반응의 경사에 따라, 반응이 완료 될 때 용액과 관련하여 전극이 긍정적으로 또는 음전적으로 하전 될 수있다. 전극 전위는 전극과 전해질 사이에서 발생하는 전극과 전해질 사이의 전위 차이입니다.
표준 전극 전위의 중요성
산화 환원 반응은 전기 화학적 세포의 반 반응에서 발생하므로 전기 화학적 세포라고합니다.
양극 끝에서 발생하는 것은 산화이며, 음극 끝에서 발생하는 감소입니다. 양극 끝에서, 산화는 전자가 손실되는 반면, 캐소드 말단에서는 전자가 얻어진다. 결과적으로, 양극에서 음극으로의 전자의 움직임은 전기의 전도를 초래합니다.
전해질에 담그면 각 전극의 음극과 양극 사이의 전위 차이로 인해 각 전극은 전위를 생성합니다. 전압계는 셀의 전압을 결정하는 데 사용됩니다.
개별 반 셀의 잠재력은 너무 작기 때문에 얻을 수 없습니다. 개별 전위는 용액에 존재하는 전해질의 압력, 온도 또는 농도의 변화에 따라 달라질 수 있기 때문에 표준 전위의 중요성은 명백해진다. 표준 수소 전극을 사용함으로써, 각 반 세포 (SHE)의 개별 감소 전위를 결정할 수 있습니다. 그녀가 사용되면 전극 전위는 0V입니다.
전극을 그녀에 부착하고 생성 된 결과적인 갈바니 셀의 세포 전위를 측정함으로써 전극의 표준 전극 전위를 계산할 수있다. 전극의 산화 전위는 감소 전위의 역수와 동일합니다. 결과적으로, 전극의 표준 전극 전위는 전극의 표준 환원 전위에 의해 결정됩니다.
우수한 산화제에 관해서는 표준 감소 전위가 높고, 좋은 감소 제에 관해서는 표준 감소 전위가 낮습니다.
전기 화학 시리즈
전기 화학적 계열은 표준 전극 전위 값에 따른 원소의 배열입니다. 배열 유형입니다. 일부 원에서 활동 시리즈라고합니다. 표준 전극 전위가 더 큰 요소는 표준 전극 전위가 낮은 요소 위에 놓여지고 반대는 사실입니다. 시리즈의 최상위에 배치 된 요소는 크기가 매우 빠르게 감소 할 성향이 있습니다. 반면에 바닥에 위치한 요소는 감소 할 가능성이 가장 적습니다. 불소는 모든 원소의 표준 전극 전위가 가장 높기 때문에 가장 큰 경향이 있습니다. 표준 표준 전극 전위 값이 가장 낮은 결과로 리튬은 모든 요소 중에서 감소하는 경향이 가장 적습니다. 결과적으로 불소는 매우 강력한 산화제이며 리튬은 매우 강력한 환원제입니다.
산화 환원 반응의 자발성
자발적으로 간주 되려면, 깁스 자유 에너지 (ΔGocell)의 변화는 산화 환원 반응의 경우 음성이어야한다. 다음 방정식에서 우리는 그것이 어떻게 작동하는지 볼 수 있습니다 :
ΔG ° 세포 =-nfe ° 세포
이 방정식에서 N은 1 몰의 제품을 생산하는 데 필요한 총 두더지의 전자 수이며 F는 Faraday의 상수 (약 96485 C.mol-1)를 나타냅니다.
.E ° 셀은 아래에 표시된 방정식의 도움으로 계산 될 수 있습니다.
E ° 세포 =E ° 캐소드 - E ° 양극
결과적으로, 캐소드의 표준 전극 전위로부터 양극의 표준 전극 전위를 빼서, E ° 셀을 계산할 수있다. 자발적으로 간주 되려면, E ° 셀은 양의 값을 가져야합니다 (N과 F가 양의 양수 값을 갖고 ΔGocell 값이 음수이어야하기 때문에 ΔGocell 값은 음수이어야합니다.
.이것은 자발적인 과정에서
를 나타냅니다E ° 셀은 0보다 크기 때문에 E ° 캐소드가 E ° 양극보다 크다는 것을 의미합니다.
결과적으로, 음극과 양극의 전형적인 전극 전위를 아는 것은 세포 반응이 얼마나 자발적으로 발생하는지 예측하는 데 도움이 될 수 있습니다. 갈바닉 세포에 관해서는, 세포의 ΔGo는 음성이며 전해 세포와 관련하여 양성입니다.
표준 수소 전극
비공식적으로 그녀는 표준 수소 전극 (산화 전극이라고도 함)이 산화 감소 전위 스케일의 기본 빌딩 블록 역할을합니다. 또한 전기 화학 반응이 발생하는 1 차 전극이므로 중요합니다.
산화 환원 반응은 산화 (원자에 의한 전자의 이득)와 감소 (원자에 의한 전자의 손실)가 동시에 동시에 발생하는 화학 반응입니다.
섭씨 25 °에서 표준 수소 전극의 절대 전위는 대략 4.44 0.02V이며 전기 화학에 사용됩니다.
수소의 잠재력을 다른 전기 화학 반응의 잠재력과 비교할 때, 특정 온도 (아래 참조) (298 K)에서 0V 전위 (E °)가 있다고합니다.
전극의 전위를 수소 전극의 전위와 비교하려면 전극의 온도를 알아야합니다. 수소 가스의 전기 분해에서 기준 전극 역할을하기 때문에 표준 수소 전극이라고합니다.
전기 화학 세포 전위 계산
전기 화학 셀의 반 반응 및 작동 매개 변수로부터, 세포의 세포 전위를 계산할 수있다.
.전체 표준 세포 전위를 얻으려면 두 개의 반 셀 전위를 함께 곱하십시오.
E ° 세포 =E ° Red + E ° Ox
비표준 상태 조건
조건이 일반적이지 않은 경우 (예 :1 mol/L보다 큰 농도, 1 ATM보다 큰 압력 및 25 ° C보다 큰 온도) 몇 가지 추가 절차를 수행해야합니다.
- 셀의 전압을 측정하여 표준 셀 전위를 결정합니다.
- 변경된 환경의 결과로 발생하는 새로운 세포 전위를 계산합니다.
- 반응 지수를 계산, 약어 Q.
- 반응에서 교환 된 몰 전자의 수는 방정식에서 문자 N으로 표시됩니다.
- Nernst 방정식을 사용하여 비표준 상태 조건 하에서 세포 전위 인 Ecell을 결정합니다.
Nernst 방정식은
로 쓸 수 있습니다ecell =e ° 셀 - (rt/nf) lnq.
여기서
Ecell은 비표준 상태 조건 하에서 세포의 잠재력입니다.
E ° 셀은 표준 형태의 세포의 잠재력입니다.
R은 범용 가스 상수 (8.314 JK-1MOL-1 =8.314 VC-1MOL-1)이며 8.314 VC-1MOL-1과 같습니다.
t는 켈빈 온도 스케일입니다.
세포 반응에 대한 균형 방정식에서 N은 수송 된 전자의 몰의 수를 나타냅니다.
Q는 반응의 반응 지수입니다
결론
동일한 금속이 각 금속의 전극 전위에 따라 한 반응에서 및 다른 반응에서 음극으로서 작용할 수있다. 전압계의 긍정적 또는 부정적인 판독 값은 이것이 사실인지를 나타냅니다. 표준 세포 전위는 우리에게 캐소드와 세포의 양극 사이의 전위 차이를 제공합니다. 전극 전위를 정의 할 때, 표준 수소 전극으로부터 형성된 셀 사이의 전압 또는 전위차가 지정된 전위를 갖는 제공된 전극은 해당 전극의 전극 전위로 정의된다. 컨벤션에 따르면, 표준 수소 전극은 항상 0 볼트의 전위에있다. 표준 전극 전위의 값은 0이며, 다른 전극 또는 다양한 양의 다른 물질을 이용할 때 셀 전위를 계산하기위한 토대 역할을합니다.
