Potencjał Galvaniego

Potencjał Galvaniego $w$$jednej$ napięcia $.$ potencjał powierzchniowy fazie Odpowiednie różnice potencjałów obliczone między dwiema fazami.

W elektrochemii potencjał Galvaniego (zwany także różnicą potencjałów Galvaniego lub wewnętrzną różnicą potencjałów , Δφ, delta phi) jest różnicą potencjałów elektrycznych między dwoma punktami w większości dwóch faz . Fazy ​​te mogą być dwoma różnymi ciałami stałymi (np. dwoma połączonymi ze sobą metalami ) lub ciałem stałym i cieczą (np. metalowa elektroda zanurzona w elektrolicie ).

Potencjał Galvani został nazwany na cześć Luigiego Galvaniego .

Potencjał Galvaniego między dwoma metalami

Najpierw rozważ potencjał Galvaniego między dwoma metalami. Kiedy dwa metale są elektrycznie odizolowane od siebie, może istnieć między nimi dowolna różnica napięcia. Jednak gdy dwa różne metale zostaną zetknięte elektronicznie, elektrony będą przepływać od metalu o niższym napięciu do metalu o wyższym napięciu, aż poziom Fermiego elektronów w większości obu faz będzie równy. Rzeczywista liczba elektronów przechodzących między dwiema fazami jest niewielka (zależy od pojemności między obiektami), a zajętość pasm elektronowych jest praktycznie niezmieniona. Raczej ten niewielki wzrost lub spadek ładunku powoduje przesunięcie wszystkich poziomów energii w metalach. Podwójna warstwa elektryczna tworzy się na styku dwóch faz.

Równość potencjału elektrochemicznego między dwiema różnymi stykającymi się fazami można zapisać jako:

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

Gdzie:

• ${\ Displaystyle {\ overline {\ mu}}}$ to potencjał elektrochemiczny
• j oznacza gatunki będące nośnikami prądu elektrycznego w układzie (czyli elektrony w metalach)
• (1) i (2) oznaczają odpowiednio fazę 1 i fazę 2.

Teraz potencjał elektrochemiczny gatunku definiuje się jako sumę jego potencjału chemicznego i lokalnego potencjału elektrostatycznego:

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

Gdzie:

• μ to potencjał chemiczny
• z to ładunek elektryczny przenoszony przez pojedynczy nośnik ładunku (jedność dla elektronów)
• F jest stałą Faradaya
• Φ to potencjał elektrostatyczny

Z dwóch powyższych równań:

${\ Displaystyle \ fi ^ {(2)} - \ fi ^ {(1)} = {\ Frac {\ mu _{j}^{(1)}-\mu _{j}^{(2)}}{z_{j}F}}}$

gdzie różnica po lewej stronie jest różnicą potencjałów Galvaniego między fazami (1) i (2). Zatem różnica potencjałów Galvaniego jest całkowicie określona przez różnicę chemiczną dwóch faz; konkretnie przez różnicę potencjału chemicznego nośników ładunku w dwóch fazach.

Różnica potencjałów Galvaniego między elektrodą a elektrolitem (lub między dwiema innymi fazami przewodzącymi prąd elektryczny) tworzy się w analogiczny sposób, chociaż potencjały chemiczne w powyższym równaniu mogą wymagać uwzględnienia wszystkich związków biorących udział w reakcji elektrochemicznej na granicy faz.

Związek ze zmierzonym potencjałem komórki

Różnicy potencjałów Galvaniego nie można bezpośrednio zmierzyć za pomocą woltomierzy. Zmierzona różnica potencjałów między dwiema metalowymi elektrodami zmontowanymi w ogniwie nie jest równa różnicy potencjałów Galvaniego dwóch metali (lub ich kombinacji z potencjałem Galvaniego w roztworze), ponieważ ogniwo musi zawierać inny interfejs metal-metal, jak w następujący schemat ogniwa galwanicznego :

M ⁽¹⁾ | S | M ⁽²⁾ | M ^(1)”

Gdzie:

• M ⁽¹⁾ i M ⁽²⁾ to dwa różne metale,
• S oznacza elektrolit,
• M ^(1)' to dodatkowy metal (tutaj zakłada się, że jest to metal (1)), który należy wprowadzić do obwodu, aby go zamknąć,
• pionowa kreska | oznacza granicę faz.

Zamiast tego zmierzony potencjał komórki można zapisać jako:

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

Gdzie:

• E to potencjał pojedynczej elektrody,
• (S) oznacza roztwór elektrolitu.

Z powyższego równania wynika, że ​​dwa metale w kontakcie elektronicznym (tzn. w stanie równowagi elektronowej) muszą mieć ten sam potencjał elektrody. Również potencjały elektrochemiczne elektronów w obu metalach będą takie same. Jednak ich potencjały Galvaniego będą różne (chyba że metale są identyczne).

Ponadto, jeśli zdefiniujemy , potencjał elektryczny (lub potencjał elektromotoryczny w [6]), jako ${\ displaystyle \ pi}$

${\ Displaystyle \ pi = - {\ Frac {\ mu _ {e}} {F}} + \ phi}$ ,

co jest skutecznie ujemne w stosunku do zmniejszonego potencjału elektrochemicznego elektronów podanego w jednostkach woltów. Należy zauważyć, że to, co mierzy się eksperymentalnie za pomocą obojętnej metalowej sondy i woltomierza, wynosi ${\ displaystyle \ pi}$ .

Zobacz też

• Absolutny potencjał elektrody
• Potencjał elektrody
• ITIES (interfejs między dwoma niemieszającymi się roztworami elektrolitów)
• Potencjał Volty
• Potencjał Donnana