표준전극전위

전기화학에서 $E^{\ominus }$ ${\$ {\ $displaystyle$ E $^{\ominus }$ $E_{red}^{\ominus }$ $E_{red}^{\ominus }$ e $E_{red}^{\ominus }$ ${\$ {\ $displaystyle$ E_ ${red$ }^{\ $ominus$ 는 원소 또는 화합물의 감소전력을 측정하는 단위이다.IUPAC "Gold Book"은 이를 다음과 같이 정의한다: "표준 압력 하에서 분자 수소가 왼쪽 전극에서 용해된 양성자로 산화되는 세포의 표준 전위(기전력) 값"^[1]

배경

갈바닉 셀과 같은 전기화학 셀의 기초는 항상 산화 산화 반응(전자의 손실)과 음극에서의 환원 반응(전자의 이득) 두 가지 반작용으로 나눌 수 있습니다.전해액에 대한 2개의 금속전극의 개별전위차에 의해 전기가 발생한다.

셀의 전체 전위를 측정할 수 있지만 전극/전해질 전위를 분리하여 정확하게 측정할 수 있는 간단한 방법은 없습니다.또한 전위는 온도, 농도 및 압력에 따라 달라집니다.반반응의 산화전위는 산화환원반응에서의 환원전위의 음이므로 어느 하나의 전위를 계산하는 것으로 충분하다.따라서 표준전극전위는 일반적으로 표준환원전위로 표기된다.각 전극-전해질 계면에서는 용액의 금속 이온이 금속 전극에 축적되어 양전하를 띠는 경향이 있습니다.동시에 전극의 금속원자는 이온으로 용액에 들어가 음전하를 띠려는 전극에 전자를 남기는 경향이 있다.평형상태에서는 전하분리가 존재하며, 마주보는 두 반응의 경향에 따라 전극은 용액에 대해 양전하 또는 음전하될 수 있다.전극과 전해질 사이에 전위차가 발생하며 이를 전극 전위라고 합니다.반전지에 포함된 모든 종의 농도가 균일할 때 전극 전위는 표준 전극 전위로 알려져 있습니다.IUPAC 규칙에 따르면 표준 환원 전위는 이제 표준 전극 전위라고 불립니다.갈바닉 셀에서 산화가 일어나는 반전지를 양극이라고 하며 용액에 대해 음의 전위를 가진다.환원되는 다른 반전지는 음극이라고 불리며 용액에 대해 양의 전위를 가집니다.따라서 두 전극 사이에는 전위차가 존재하며 스위치가 ON 위치에 있는 즉시 전자가 음극에서 양극으로 흐릅니다.전류 흐름의 방향은 전자 흐름의 방향과 반대입니다.

계산

전극 전위는 경험적으로 얻을 수 없습니다.갈바닉 셀 전위는 한 쌍의 전극에서 발생합니다.따라서 한 쌍의 전극에서 하나의 경험적 값만 사용할 수 있으며 경험적으로 얻은 갈바닉 셀 전위를 사용하여 쌍의 각 전극에 대한 값을 결정할 수 없습니다.전위가 정의되거나 관례에 의해 합의되는 기준 전극인 표준 수소 전극(SHE)을 확립해야 했다.이 경우 표준 수소 전극은 0.00V로 설정되며 전극 전위가 아직 알려지지 않은 모든 전극은 표준 수소 전극과 쌍을 이루어 갈바닉 셀을 형성할 수 있으며 갈바닉 셀 전위는 알려지지 않은 전극의 전위를 제공합니다.이 프로세스를 사용하여 알 수 없는 전위를 가진 모든 전극을 표준 수소 전극 또는 전위가 이미 도출되어 알 수 없는 값을 설정할 수 있습니다.

전극 전위는 일반적으로 환원 전위로 정의되기 때문에 금속 전극이 산화되는 전위의 부호는 전체 셀 전위를 계산할 때 반전되어야 합니다.전극 전위는 전달된 전자의 수와 무관합니다(전송된 전자당 에너지를 측정하는 볼트 단위로 표시됨). 따라서 두 전극 전위는 단순히 결합되어 두 전극 반응에 서로 다른 수의 전자가 관여하더라도 전체 셀 전위를 제공할 수 있습니다.

실제 측정을 위해 해당 전극은 전기계의 양극 단자에 연결되고 표준 수소 전극은 음극 ^[2]단자에 연결됩니다.

가역 전극

가역전극은 가역성질의 변화에 따른 전위를 가진 전극이다.첫 번째 조건은 시스템이 화학적 평형에 가깝다는 것입니다.두 번째 조건 세트는 시스템이 충분한 기간에 걸쳐 매우 작은 요청으로 제출되어 화학적 평형 조건이 거의 항상 우세하다는 것이다.이론적으로, 제한된 시간에 평형 근처에 있는 시스템에 부과된 섭동이 평형 상태를 벗어나게 하기 때문에 가역적인 조건을 실험적으로 달성하는 것은 매우 어렵다.단, 시스템에 가해지는 요구가 충분히 작고 천천히 가해지는 경우에는 전극이 가역적이라고 볼 수 있다.본질적으로 전극 가역성은 실험 조건과 전극 작동 방식에 따라 달라집니다.예를 들어 전기도금에 사용되는 전극을 높은 과전위로 동작시켜 보호대상 금속표면에 소정의 금속카티온의 저감을 강제한다.이러한 시스템은 균형과는 거리가 멀고 지속적으로 중요하고 지속적인 변화에 단기간에 굴복한다.전기 도금에 사용되는 전극은 가역 시스템을 나타내지 않으며 사용하는 동안에도 사용됩니다.

표준절감전위표

표준 환원 전위 값이 클수록 원소의 환원(게인 전자)이 쉬워집니다. 즉, 산화제가 더 우수합니다.

예를₂ 들어, F의 표준 환원 전위는 +2.87V이고⁺ Li의 환원 전위는 -3.05V입니다.

F
₂(g) + 2⁻ eµ 2 F⁻
= +2.87 V

Li⁺
⁻ + e440 Li(s) = -3.05 V

F의 높은₂ 양의 표준 환원 전위는 F가 쉽게 환원된다는 것을 의미하므로 좋은 산화제이다.반면 Li의⁺ 표준환원전위는 크게 음의 표준환원전위가 쉽게 환원되지 않음을 나타낸다.대신_(s), Li는 산화작용을 받고 싶어합니다(따라서 좋은 환원제입니다).

Zn은²⁺ 표준 환원 전위가 -0.76V이므로 표준 환원 전위가 -0.76V(예를⁺ 들어²⁺ H(0V), Cu₂(0.34V), F(2.87V)보다 큰 다른 전극에 의해 산화될 수 있으며 표준 환원 전위가 -0.76V(-23)보다 작은 전극에 의해 환원될₂ 수 있다.

자발적 산화환원 반응이 세포를 전위로 구동하는 갈바닉 셀에서 깁스 자유 에너지 $\Delta G^{\ominus }$ G $\Delta G^{\ominus }$ δ {\ $displaystyle \Delta$ G $^{\ominus$ }}는 $\Delta G^{\ominus }$ 다음 방정식에 따라 음수여야 합니다.

\Delta G_{cell}^{\ominus }=-nFE_{cell}^{\ominus }

\Delta G_{cell}^{\ominus }=-nFE_{cell}^{\ominus }

c

\Delta G_{cell}^{\ominus }=-nFE_{cell}^{\ominus }

l

\Delta G_{cell}^{\ominus }=-nFE_{cell}^{\ominus }

= -

\Delta G_{cell}^{\ominus }=-nFE_{cell}^{\ominus }

F

\Delta G_{cell}^{\ominus }=-nFE_{cell}^{\ominus }

c e l

\Delta G_{cell}^{\ominus }=-nFE_{cell}^{\ominus }

{

displaystyle

\

Delta G_{

cell }^{\ominus }=-

nFE_{ cell}^{\

ominus

\Delta G_{cell}^{\ominus }=-nFE_{cell}^{\ominus }

}} (단위: 줄 = 쿨롱×볼트)

$여기$ 서 n은 제품의 몰당 전자의 몰 $수이고$ F는 패러데이 상수이며 최대 96485C/mol이다.

따라서 다음 규칙이 적용됩니다.

E_{cell}^{\ominus }

c

E_{cell}^{\ominus }

{\

{

display style

E _ {

cell

}^ \

ominus

}} > 0일

E_{cell}^{\ominus }

프로세스는 자연(갈바닉 셀)입니다.

\Delta G_{cell}^{\ominus }

\Delta G_{cell}^{\ominus }

\Delta G_{cell}^{\ominus }

l

\Delta G_{cell}^{\ominus }

{\ { displaystyle \

Delta G_{

cell }^{ \

ominus }

\Delta G_{cell}^{\ominus }

} < 0으로 에너지가 해방됩니다.

E_{cell}^{\ominus }

c

E_{cell}^{\ominus }

l

{\

{

display style

E _ { cell } { \

ominus }

E_{cell}^{\ominus }

} } <0일

E_{cell}^{\ominus }

프로세스는 비 순간적(전기 셀)입니다.\

display

style \

Delta G_{ cell

}^{\

ominus }

>

0 입니다.

따라서 자발적 반응( $δ$ $\Delta G_{cell}^{\ominus }$ $\Delta G_{cell}^{\ominus }$ ${\$ {\ $displaystyle$ \Delta $G_{$ cell $}^{\ominus})$ 을 $E_{cell}^{\ominus }$ E $E_{cell}^{\ominus }$ $E_{cell}^{\ominus }$ ${\$ {\ $displaystyle E_{cell}^{\ominus}}}}$ 이 $E_{cell}^{\ominus }$ 양수여야 합니다.

E_{cell}^{\ominus}=E_{cathode}^{\ominus}-E_{anode}^{\ominus}

$E_{cathode}^{\ominus }$ 서 $E_{cathode}^{\ominus }$ c $E_{cathode}^{\ominus }$ $E_{cathode}^{\ominus }$ h $E_{cathode}^{\ominus }$ e ${\$ {\ $displaystyle E_{cathode}^{\ominus}}$ 는 $E_{cathode}^{\ominus }$ $E_{anode}^{\ominus }$ 음극에서의 표준 $E_{anode}^{\ominus }$ 이고, $E_{anode}^{\ominus }$ $E_{anode}^{\ominus }$ $E_{anode}^{\ominus }$ d e $E_{anode}^{\ominus }$ {\ $displaystyle E_$ {anode $}^{\ominus}}}$ 는 표준 전극 전위 표와 같이 양극에서의 표준 전위입니다.

「」를 참조해 주세요.

레퍼런스

^ IUPAC, 화학 용어집, 제2판('골드북') (1997).온라인 수정 버전: (2006–) "표준 전극 전위, Eδ." doi:10.1351/goldbook.S05912
^ 전극 전위의 IUPAC 정의

추가 정보

줌달, 스티븐 S, 줌달, 수잔 A(2000년), 화학(5일판), 호튼 미플린 컴퍼니. ISBN 0-395-98583-8
Atkins, Peter, Jones, Loretta (2005) Chemical Principles (3판), W.H. Freeman and Company.ISBN 0-7167-5701-X
Zu, Y, Couture, MM, Kolling, DR, Crofts, AR, Eltis, LD, Fee, JA, Hirst, J(2003) 생화학, 42, 12400-12408
Shuttleworth, SJ(1820) Electrochemistry(50일자), Harper Collins.

외부 링크

[1] IUPAC, 화학 용어집, 제2판('골드북') (1997).온라인 수정 버전: (2006–) "표준 전극 전위, Eδ." doi:10.1351/goldbook.S05912

[2] 전극 전위의 IUPAC 정의

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