Гальванический потенциал - Galvani potential

В электрохимия, то Гальванический потенциал (также называемый Гальваническая разность потенциалов, или же внутренняя разность потенциалов, Δφ, дельта фи) - электрическая разность потенциалов между двумя точками в большей части двух фазы.^[1] Эти фазы могут быть двумя разными твердые вещества (например, два металлы соединены вместе), или твердое тело и жидкость (например, металлический электрод погруженный в электролит ).

Потенциал Гальвани назван в честь Луиджи Гальвани.

Гальванический потенциал между двумя металлами

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 входят 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 объеме обеих фаз равны. 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. Электрический двухслойный образуется на границе между двумя фазами.^[2]

Равенство электрохимического потенциала между двумя различными 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 - это химический потенциал
• z - электрический заряд, переносимый одним носителем заряда (единица для электронов)
• F - это 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.

Отношение к измеренному потенциалу ячейки

Разность потенциалов Гальвани нельзя измерить напрямую с помощью вольтметров. Измеренная разность потенциалов между двумя металлическими электродами, собранными в ячейку, не равна разности 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 гальванический элемент:

M⁽¹⁾ | S | M⁽²⁾ | M^(1)'

куда:

• M⁽¹⁾ И м⁽²⁾ это 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 (то есть 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 ${\displaystyle \pi }$, то электрический потенциал (или электродвижущий потенциал в [6]), поскольку

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

что эффективно отрицательно для приведенного электрохимического потенциала электронов, выраженного в вольтах. Отмечается, что^[4][5] то, что экспериментально измеряется с помощью инертного металлического зонда и вольтметра, является ${\displaystyle \pi }$.

Смотрите также

• Абсолютный электродный потенциал
• Электродный потенциал
• ИТИ (граница раздела двух несмешивающихся растворов электролита)
• Вольта потенциал

Рекомендации

1. ИЮПАК, Сборник химической терминологии, 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) "Гальваническая разность потенциалов ". Дои:10.1351 / goldbook.G02574
2. ПРОТИВ. Багоцкий, "Основы электрохимии", Willey Interscience, 2006.
3. Серджио Трасатти, «Абсолютный электродный потенциал: пояснительная записка (Рекомендации 1986 г.)», Международный союз теоретической и прикладной химии, Pure & AppL Chem., Vol. 58, №7, стр. 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. Дои: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. Дои:10.1149/1.3050398. ISSN  1938-6737.