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电极电势到底指的是什么?

(2017-08-18 17:18:37)
作者:宮非
链接:https://www.zhihu.com/question/20348285/answer/77858193
来源:知乎
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权,非商业转载请注明出处。

电极电势就是由金属的表面电势和金属与溶液界面处的相间电势所组成。把电池作为一个整体,笼统地说电池做电功的本领是由于电池内物质的化学能转化来的。也就是说,电池之所以有电动势是因为电池内化学反应有自发趋势所致,现在我们试着把注意力集中在电池的两个电极上,具体地研究电极和溶液的相界面上,电势差究竟是如何产生的。我相信你要问的就是这个区块。


以金属电极为例,讨论电极与溶液界面电势差的产生。根据现代金属理论,金属晶格中有金属离子和能够自由移动的电子存在。当把一金属电极浸入含有该种金属离子的溶液时,如果金属离子在电极相中与溶液相中的化学势不相等,则金属离子会从化学势较高的相转移到化学势较低的相中。这可能发生两种情况:或者是金属离子由电极相进入溶液相,而将电子留在电极上导致电极相荷负电而溶液相荷正电,如Zn | ZnS04 (1m) 界面。或者是金属离子由溶液相进入电极相,使电极相荷正电而溶液相荷负电,如Cu | CuSO4 (1m) 界面。无论那种情况,都破坏了电极和溶液各相的电中性,使相间出现电势差。由于静电的作用,这种金属离子的相间转移很快会停止,达到平衡状态,于是相间电势差亦趋于稳定。


https://pic3.zhimg.com/c0d40451e22d68d33a92c7687e30089a_b.jpg

在静电作用下,电极相所带的电荷是集中在电极表面的,而溶液中的带异号电荷的离子,一方面受到电极表面电荷的吸引,趋向于排列在紧靠电极表面附近;另一方面,由于离子的热运动使这种集中于电极表面附近离子又会向远离电极的方向分散,当静电吸引与热运动分散平衡时,在电极与溶液界面处就形成了一个双电层。图 1 是以电极荷负电为例示意出双电层的结构。双电层是由电极表面上的电荷层与溶液中过剩的反号离子层构成,而溶液中又分为紧密层和分散层两部分。与金属靠得较紧密的紧密层厚度 d 约为 10E-10 m,而较远离金属的分散层的厚度与溶液的浓度、金属的电荷以及温度等有关,溶液浓度越大,分散层厚度越小,其变动范围通常从 10E-10~10E-6 m。如果规定溶液本体中的电位为零,电极相的电位为 ε,则电极与溶液界面电势差就是 ε。ε 在双电层中的分布情况如图 2 所示,即 ε 是紧密层电位ψ1 和分散层电位 ψ2 之加和值

ε = ψ1 + ψ2

https://pic2.zhimg.com/6491d7d69d7cd7aafef3114e762fc6a9_b.jpg

而 ε 的数值与电极的种类,溶液中相应离子的活度以及温度等因素有关。所以,教科书的内容无误

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