CHƢƠNG 7 ĐIỆN HĨA HỌC
7.2 Pin hay các nguyên tố Ganvanic
Pin hay cịn gọi là các nguyên tố Ganvanic là thiết bị cho dịng điện một chiều phản ứng hĩa học xảy ra trong nĩ.
7.2.1 Pin Danien Iacobi
Pin Danien Iacobi (Hình 1) gồm hai điện cực: điện cực âm là thanh kẽm nhúng trong dung dịch ZnSO4 và điện cực dương là thanh đồng nhúng trong dung dịch
CuSO4. Hai dung dịch được nối với nhau bằng một cầu muối KCl trong thạch dẫn điện
ở mạch trong. Khi hai điện cực được nối với nhau bằng một dây dẫn kim loại sẽ thấy xuất hiện một dịng điện từ cực đồng sang cực kẽm, nghĩa là cĩ một dịng electron từ cực kẽm chuyển sang cực đồng.
Pin này được kí hiệu như sau:
Phản ứng này cũng xảy ra khi nhúng một thanh Zn vào dung dịch CuSO4, tuy
nhiên ở đây khơng thu được dịng điện.
Vì vậy muốn thu được dịng điện phải thực hiện sự oxi - hĩa và sự khử ở hai nơi tách biệt như đã xảy ra trong pin.
Trong pin, electrron chuyển từ cực âm sang cực dương, giữa hai cực phải cĩ một hiệu điện thế. Vậy điện thế trên điện cực được tạo ra như thế nào?
7.2.2 Sự xuất hiện thế điện cực
Khi thanh kim loại được nhúng vào dung dịch chứa ion của nĩ thì rất nhanh chĩng cĩ
cân bằng: M - ne → Mn+
- Nguyên tử kim loại (thường là kim loại hoạt động, ví dụ Zn) tách khỏi mạng lưới kim loại đi vào dung dịch dưới dạng ion và để lại trên kim loại các electron. Các ion dương chủ yếu tập trung ở lớp dung dịch nằm sát bề mặt kim loại.
- Các ion kim loại (thường là kim loại kém hoạt động, ví dụ Cu) từ dung dịch bám lên thanh kim loại, và do đĩ lớp dung dịch sát bề mặt kim loại dư thừa ion âm.
Trong cả hai trường hợp lớp dung dịch sát bề mặt và bề mặt kim loại tạo nên
một lớp điện kép, giống như hai bản của một tụ điện. Giữa hai bản đĩ cĩ một hiệu số điện thế và được gọi là thế điện cực, kí hiệu là ε.
7.2.3 Cơng thức Nec
Cĩ thể biểu diễn phản ứng tổng quát trên một điện cực bất kì như sau: Ox + ne = Kh
Nec đã rút ra cơng thức thế điện cực (kí hiệu là ε):
ε: thế điện cực
ε0: thế điện cực tiêu chuẩn hay thế oxi - hĩa tiêu chuẩn của cặp Ox/Kh R: hằng số khí = 8,3 jun/mol.K
T: nhiệt độ tuyệt đối F: số Faraday 96500 C
n: số electron thu hay nhường trên phản ứng điện cực
[Ox], [Kh] tương ứng là nồng độ dạng oxi - hĩa và dạng khử
Nếu thay các giá trị của F, R, lấy nhiệt độ T = 25 + 273 = 298oK và chuyển ln thành lg
Ví dụ: Đối với điện cực đồng:
Cu2+ + 2e → Cu , ta cĩ
Khi đĩ:
Tương tự như vậy đối với điện cực kẽm:
Zn - 2e → Zn2+
Ta cĩ:
7.2.4 Sức điện động của pin
Sức điện động của pin là hiệu thế điện cực dương và điện cực âm. Điện cực dương là điện cực cĩ thế lớn hơn.
Ví dụ: Đối với pin Danien - Iacobi, ta cĩ:
Hay
Đĩ là sức điện động khi nồng độ của ion ở điện cực bằng 1.