ელექტროქიმიური პოტენციალი. ელექტროქიმია ფერმენტის აქტიური ცენტრის კონცეფცია

საშუალო ძლიერი ელექტროლიტური აქტივობა

ზემოთ ჩუმად იყო ვარაუდი, რომ ხსნარის i-ე კომპონენტი არის დაუმუხტი ნაწილაკი. თუ ხსნარში ჩნდება დამუხტული ნაწილაკები - იონები, მაშინ მათ შორის წარმოიქმნება (და ჭარბობს) ელექტროსტატიკური ურთიერთქმედების ძალები, გარდა არსებულისა. ეს აისახება მათ თერმოდინამიკურ მახასიათებლებში.

როგორც განხილულია 1.2-ში, დამუხტული ნაწილაკების შემცველი სისტემების თვისებების თერმოდინამიკური აღწერაში იონის მთავარი თერმოდინამიკური მახასიათებელია ელექტროქიმიური პოტენციალი:

ელექტროლიტისა და მისი ცალკეული იონების აქტივობას ასევე აქვს გამოხატვის თავისებურებები (1.2-ში აღნიშნული აკრძალვებიდან მეორეს გამო). მოდით ხსნარში გვქონდეს 1 მოლი ძლიერი ორობითი ელექტროლიტი MA ვალენტური ტიპის 1:1, რომელიც მთლიანად იშლება M "და A" იონებად. ფორმალურად, MA-ს ქიმიური პოტენციალი, რომელიც არ არის ხსნარში მოლეკულების სახით, შედგება იონების ელექტროქიმიური პოტენციალისგან:

(z M =z A = 1, მაგრამ ჩვენ ვტოვებთ მუხტის აღნიშვნას აღწერილობის ზოგადობას).

ხსნარის ელექტრული ნეიტრალიტეტის გამო

ანუ, ხსნარში ელექტროლიტის ქიმიური პოტენციალი შედგება იონების ქიმიური პოტენციალისგან, რომლებიც, თუმცა, თერმოდინამიკურად განუსაზღვრელია, რადგან შეუძლებელია ექსპერიმენტულად შექმნას იგივე მუხტის ნიშნის იონების სტანდარტული ხსნარი. მაგრამ რადგან ორივე ტიპის იონების მთლიანი ეფექტი აისახება ელექტროლიტური ხსნარების თვისებებში, ისინი წარმოადგენენ ელექტროლიტის საშუალო ქიმიური პოტენციალი p ±MA, გადასცემს ამ მთლიან მოქმედებას:

ამ სიდიდის ფიზიკური მნიშვნელობა არის გიბსის ენერგიის ნაწილობრივი მნიშვნელობა მოცემულ სისტემაში იონის 1 მოლზე, არ აქვს მნიშვნელობა ეს კატიონია თუ ანიონი. პირდაპირ კავშირშია ამ რაოდენობასთან ელექტროლიტების საშუალო აქტივობა I ±MA (სინონიმები: საშუალო იონური, გეომეტრიული საშუალო):

ამის დანახვა ძნელი არ არის

ელექტროლიტის საშუალო აქტივობა ტოლია ელექტროლიტის საშუალო კონცენტრაციის ჯერების ნამრავლის საშუალო აქტივობის მაჩვენებელი.ამ შემთხვევაში, კონცენტრაციის გამოხატვის მეთოდიდან გამომდინარე, ვიღებთ:

(MA ინდექსი y ±-ზე გამოტოვებულია).

საშუალო კონცენტრაცია დაკავშირებულია ელექტროლიტის მოცემულ კონცენტრაციასთან და იონურ კონცენტრაციებთან, როგორც საშუალო აქტივობა ელექტროლიტების აქტივობასა და იონურ აქტივობებთან, მაგ.

იგივე მსჯელობა ეხება საშუალო აქტივობას და საშუალო აქტივობის კოეფიციენტებს, რომლებიც გამოვიყენეთ /"-ე კომპონენტის - არაელექტროლიტის აქტივობისთვის და აქტივობის კოეფიციენტებისთვის (იხ. 2.1.2). ისევე როგორც ამ შემთხვევაში, ტიპის ტერმინი RT pu ± ემსახურება როგორც იონების ურთიერთქმედების ენერგეტიკულ საზომს ერთმანეთთან და გამხსნელის მოლეკულებთან, ასევე გამხსნელების მოლეკულების ერთმანეთთან ურთიერთქმედებისას, შეცვლილი იონების არსებობით. ასევე, რადგან MA კონცენტრაცია მიისწრაფვის 0-მდე, საშუალო აქტივობის კოეფიციენტები ყველა კონცენტრაციის სკალისთვის მიდრეკილია 1-მდე, ე.ი.

უნდა აღინიშნოს, რომ ელექტროლიტების შემთხვევაში ეს ვითარება ხდება ბევრად უფრო განზავებულ ხსნარებში, ვიდრე არაელექტროლიტების შემთხვევაში.

ხსნარში ელექტროლიტის სტანდარტული მდგომარეობა მიიღება ჰიპოთეტური ხსნარის მდგომარეობად, სადაც საშუალო აქტივობაა a+ხოლო საშუალო აქტივობის კოეფიციენტები y± უდრის 1-ს; მაშინ p M d = Pmd, როგორც გახსნილი არაელექტროლიტის შემთხვევაში. ვარაუდობენ, რომ ელექტროლიტის ნაწილობრივი მოლური ენთალპიები, მოცულობა და სითბოს სიმძლავრე ამ ჰიპოთეტურ ხსნარში იგივეა, რაც უკიდურესად განზავებულ ხსნარში, სადაც ყველა y ± = 1.

ზუსტად საშუალოელექტროლიტის აქტივობა და აქტივობის კოეფიციენტები ექსპერიმენტულად შეიძლება განისაზღვროს სხვადასხვა მეთოდით და მათგან გამოითვალოს საშუალო ქიმიური პოტენციალი.

დამატება2A.

ზოგადი შემთხვევა - ელექტროლიტის ტიპი M y + A y

M y + A ტიპის ერთი ელექტროლიტის ზოგად შემთხვევაში ხსნარში მისი ქიმიური პოტენციალი

იმიტომ რომ v + z + F(p-v_ | G_| jP

როგორც მაგალითში ელექტროლიტის (ელექტროლიტი, ელ-ტე) ტიპის MA, ჩვენ წარმოგიდგენთ ცნებებს საშუალო ქიმიური პოტენციალიდა საშუალო აქტივობა:

კონცენტრაციების გამოხატვის მეთოდიდან გამომდინარე, საშუალო აქტივობა, იონური (y ​​+, y_) და საშუალო (y ±) აქტივობის კოეფიციენტები დაკავშირებულია შემდეგნაირად:

თუ ხსნარში არის მხოლოდ ერთი ელექტროლიტი M y + A y _, და მისი კონცენტრაცია მითითებულია მოლარობის სკალაში C ან მოლარობა T,საშუალო კონცენტრაციები C ±და t ±ასე გამოიხატება ისინი ელექტროლიტების მოცემული კონცენტრაციით

(მსგავსი C+-ისთვის).

გასაგებია, რომ ადრე t ±(ან C ±) მულტიპლიკატორი გამოჩნდება

მას აქვს შემდეგი რიცხვითი მნიშვნელობები ელექტროლიტების საერთო ტიპებისთვის:

თუ ხსნარი შეიცავს ელექტროლიტების ნარევს საერთო იონთან, ამ იონის კონცენტრაციები ჯამდება. ამ შემთხვევაში, ინდივიდუალური იონის "ეფექტური" კონცენტრაცია გამოითვლება მისი მუხტის გათვალისწინებით ფორმულის მიხედვით. მ ტ ზფ(ან C t zf), ანუ იგივე სქემის მიხედვით,

როგორც იონური სიძლიერის გამოხატულებაში . დაე იყოს

0,1 მოლ/კგ NaCl და 0,3 მოლ/კგ CaCl 2 ხსნარი. მასში t a = 0.1-(-1) 2 H- +2-0.3-(-1) 2 = 0.7 მოლ/კგ, /?r ±NaC1 = (0.10.7) 1/2 = 0.27 მოლ/კგ;

t Sy = 0.3- 2 2 = 1.2; tfi+c a ci 2 =(1-2 0.7) 1/3 =0.84 მოლ/კგ.

კავშირი საშუალო მოლალობას შორის t ±და საშუალო მოლარობა C ±:

შესაბამის საშუალო აქტივობის კოეფიციენტებს შორის:

აქ Mj და M 2- გამხსნელის და გამხსნელის მოლეკულური წონა, შესაბამისად; p 0 და p არის გამხსნელის და ხსნარის სიმკვრივე. ძალიან განზავებულ ხსნარებში განსხვავებაა t ±და C ±შეიძლება უგულებელყო ,

ქიმიურ თერმოდინამიკაში, სისტემების თვისებების დასახასიათებლად, რომლებიც არ შეიცავს დამუხტულ ნაწილაკებს და რომლებშიც შემადგენლობის ცვლილება ხდება ქიმიური რეაქციების ან ფაზური გარდაქმნების შედეგად, გამოიყენება გიბსის ფუნდამენტური განტოლება, რომელიც გამოიხატება დამახასიათებელი ფუნქციით:

სად არის მე-4 რეაგენტის ქიმიური პოტენციალი და არის ამ რეაგენტის რაოდენობის უსასრულო მცირე ცვლილება.

ჰეტეროგენულ სისტემებში ფენომენების განხილვისას აუცილებელია გავითვალისწინოთ, თუ რომელ ფაზას ეკუთვნის სიდიდეები , , , , . გარკვეული ფაზის კუთვნილება მითითებულია ზემოწერით, მაგალითად - , . წონასწორობის პირობა ჰეტეროფაზა სისტემაში მუდმივ ტემპერატურასა და წნევაზე (T და P – const) არის ქიმიური პოტენციალების თანასწორობა, სადაც და არის ნეიტრალური ნივთიერების ქიმიური პოტენციალი ორ თანაარსებობის ფაზაში.

თუ კომპონენტი დამუხტული ნაწილაკია, მაშინ მისი მდგომარეობა ასევე დამოკიდებულია ელექტრული ველის სიდიდეზე. როდესაც დამუხტული ნაწილაკები ფაზაში მოძრაობენ ელექტრულ ველში, კომპონენტის მასის გადატანა დაკავშირებულია მუხტის გადაცემასთან. გიბსის ფუნდამენტური განტოლება ამ შემთხვევაში ასე უნდა გამოიყურებოდეს:

სადაც - არის ნებისმიერი ფაზის შიდა პოტენციალი, ანუ სისტემის იმ ნაწილის შიდა პოტენციალი, რომელშიც ეს ნაწილაკი მდებარეობს.

შიდა პოტენციალი არის ერთი უარყოფითი წარმოსახვითი მუხტის გადატანა უსასრულოდ შორეული წერტილიდან A, რომელიც მდებარეობს ვაკუუმში, B წერტილში, რომელიც მდებარეობს გამტარ ფაზაში.

ტერმინი „წარმოსახვითი“ ვარაუდობს, რომ ეს ერთეული მუხტი რეაგირებს მხოლოდ გარე ელექტრულ ველზე და არ ურთიერთქმედებს გარემოსთან.

ვინაიდან , სად არის th იონის მუხტი, მუხტის ნიშნის გათვალისწინებით; - ფარადეის მუდმივი, - ხალების რაოდენობა მე-მეე ნივთიერება, შემდეგ გარდაქმნების შემდეგ ვიღებთ:

გიბსის ენერგიის ყველა წარმოებულს განზოგადებულ კოორდინატებთან მიმართებაში აქვს განზოგადებული ძალების მნიშვნელობა. მაშასადამე, ეს არის განზოგადებული ძალა ელექტრულ ველში დამუხტული ნაწილაკების გადაცემის ფენომენებში. ქიმიური პოტენციალის ანალოგიით, ელექტროქიმიური სისტემებისთვის, რაოდენობა

დაურეკა ელექტროქიმიური პოტენციალი .

ერთი მოლი რეალური დამუხტული ნაწილაკების (მუხტით) უსასრულობიდან გადაადგილებისას ვაკუუმში ღრმად გამტარ ფაზაში (მაგალითად, ფაზაში), დახარჯული სამუშაო შედგება ორი ნაწილისგან: ელექტროსტატიკური თანაბარი და ქიმიური, რეალური ნაწილაკების ურთიერთქმედების გამო. მოცემულ ფაზასთან, ანუ კომპონენტის ქიმიური პოტენციალით ფაზაში

ამის შემდეგ დაიწერება გიბსის ფუნდამენტური განტოლება:

განვიხილოთ წონასწორობა ინტერფეისში. დავუშვათ, რომ ელექტროქიმიური რეაქცია (ელექტროდის რეაქცია) ხდება ფაზის საზღვარზე

სადაც და არის სტექიომეტრიული კოეფიციენტი მე-ე ნივთიერება ან იონი (საწყისი ნივთიერებებისთვის სტექიომეტრიული კოეფიციენტები უარყოფით მნიშვნელობებს იღებენ, ხოლო რეაქციის პროდუქტებისთვის - დადებითი), ზ- ელექტრონების რეაქციაში მონაწილე ელექტრონების საერთო რაოდენობა (ნახევრად რეაქცია).

როგორც ქიმიური რეაქცია ხდება, ინდივიდუალური რეაქტიული ნივთიერებების რაოდენობა იცვლება რეაქციის განტოლებაში მათი სტექიომეტრიული კოეფიციენტების პროპორციულად. d სიდიდეების ურთიერთპროპორციულობა n iშეიძლება გამოისახოს განტოლებათა სიმრავლით:

ამრიგად, სისტემაში არსებული ყველა ნივთიერების რაოდენობების გადანაწილება შეიძლება გამოიხატოს ერთი ცვლადის გამოყენებით, რომელიც აღინიშნება xდა ეწოდება ქიმიური ცვლადი. ქიმიური ცვლადის დიფერენციალი განისაზღვრება რომელიმე ზემოთ ჩამოთვლილი განტოლების გამოყენებით:

დ n i = n Iდ x;

შემდეგ, ამ გამოთქმის გათვალისწინებით დ გვიღებთ

დ გ = – სდ თ + ვდ გვ + . (3.5)

მუდმივი ტემპერატურისა და მუდმივი წნევის დროს სისტემაში წონასწორობის პირობა არის გიბსის მინიმალური ენერგია. ეს ნიშნავს, რომ წონასწორობის სისტემისთვის

ეს განტოლება აჯამებს ელექტროქიმიურ რეაქციაში ყველა მონაწილის ელექტროქიმიურ პოტენციალებს და სტექიომეტრულ კოეფიციენტებს, მიუხედავად იმისა, თუ რომელ ფაზაში არიან ისინი.

ელექტროდზე წონასწორობა ხასიათდება კომპონენტების ელექტროქიმიური პოტენციალების თანაბარი მდგომარეობით ყველა ფაზაში. თუ ისინი არათანაბარია, ხდება დამუხტული ნაწილაკების გადასვლა ფაზის საზღვარზე, რაც გამოწვეულია სისტემის თერმოდინამიკური წონასწორობისკენ მიდრეკილებით. ამის შედეგად ირღვევა ელექტრული მუხტების ბალანსი თითოეულ ფაზაში, ლითონი და ხსნარი იძენენ ელექტრულ მუხტს და მათ ინტერფეისზე ხდება პოტენციური ნახტომი. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, შორის ელექტროდის ფაზებს შორის წარმოიქმნება გარკვეული პოტენციური განსხვავება ელექტროდის შემადგენელი კომპონენტების ბუნების, მათი კონცენტრაციისა და გარე თერმოდინამიკური პარამეტრების მნიშვნელობების გამო..

ამ პოტენციურ ნახტომს ეწოდება გალვანური პოტენციალი (ელექტროდის პოტენციალი) და აღინიშნება. გალვანის პოტენციალი განისაზღვრება ორივე ფაზის შიდა პოტენციალის სხვაობით: .

ბრინჯი. პოტენციური ნახტომის (გალვანური პოტენციალის) წარმოქმნა ფაზა-ფაზის ინტერფეისზე.

განვიხილოთ პოტენციური ნახტომის წარმოქმნის მექანიზმი მეტალ-ხსნარის ფაზის საზღვრით ყველაზე გავრცელებული ელექტროდების მაგალითის გამოყენებით. არის ლითონები, რომლებიც წყალში ან ხსნარში ჩაძირვის შემთხვევაში, ლითონის იონები რეაქციით გადადიან წყლის ფენაში ან ლითონის ზედაპირის მიმდებარე ხსნარში.

ეს გადასვლა ხდება იმ შემთხვევაში, თუ კრისტალში ლითონის იონის ელექტროქიმიური პოტენციალი აღემატება ხსნარში გახსნილი იონის ელექტროქიმიურ პოტენციალს. მეტალი შეიძლება მივიჩნიოთ, როგორც დადებითად დამუხტული ლითონის იონებისა და შედარებით თავისუფალი ელექტრონებისგან. როდესაც იონები გადადიან ხსნარში, სისტემის მდგომარეობა თანდათან იცვლება. ლითონი იძენს უარყოფით მუხტს, რომლის სიდიდე იზრდება ელექტროქიმიური რეაქციის მიმდინარეობისას. ამასთან დაკავშირებით, ზედაპირზე ლითონის იონების ელექტროქიმიური პოტენციალი მცირდება. ხსნარში იონების რაოდენობა იზრდება და მათი ელექტროქიმიური პოტენციალი იზრდება მსგავსი იონების მოგერიების გამო. შედეგად, მცირდება იონების გადასვლის სიჩქარე ხსნარში, ხოლო საპირისპირო პროცესის სიჩქარე - იონების გადასვლა ხსნარიდან მეტალზე იზრდება. საბოლოოდ, დგება მდგომარეობა, რომელშიც ორივე პროცესის სიჩქარე თანაბარი ხდება, ანუ სისტემაში წონასწორობა ხდება. ამ შემთხვევაში ლითონი იძენს უარყოფით მუხტს, რომელიც შეესაბამება გარკვეულ პოტენციალს და ხსნარში წარმოიქმნება კათიონების ჭარბი რაოდენობა, რომლებიც ნარჩუნდება ლითონის ელექტროდის ზედაპირზე ელექტროსტატიკური ძალების მოქმედების შედეგად და ეს. ფენა შეესაბამება მის პოტენციალს. ამ პოტენციალებს ე.წ შიდა პოტენციალი და მითითებულია, სადაც ინდექსი მიუთითებს რომელ ფაზას ეკუთვნის პოტენციალი. შედეგად, მეტალ-ხსნარის ინტერფეისზე ე.წ ელექტრო ორმაგი ფენა , რომელიც შეესაბამება გარკვეულ პოტენციურ განსხვავებას ე.წ გალვანის პოტენციალი -

(Მაგალითად, ).

გალვანური პოტენციალის სიდიდის დასადგენად, რომელიც წარმოიქმნება ფაზის ინტერფეისზე, აუცილებელია ექსპერიმენტულად განისაზღვროს ამ ფაზებში ელექტროქიმიური პოტენციალების სხვაობა. Მას შემდეგ

განტოლებიდან გამომდინარეობს, რომ სხვადასხვა ფაზაში წერტილებს შორის გალვანური პოტენციალის გაზომვა შესაძლებელია მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ სხვადასხვა ფაზაში ნივთიერებების ქიმიური პოტენციალი ტოლია, ანუ . ამ შემთხვევაში ვიღებთ:

აქედან გამომდინარეობს, რომ სხვადასხვა კომპოზიციის ორ ფაზას შორის ინტერფეისზე შეუძლებელია გალვანური პოტენციალის ექსპერიმენტულად დადგენა.

გალვანური პოტენციალის სიდიდე დამოკიდებულია ინტერფეისის შემქმნელი ფაზების თვისებებზე და ხსნარში იონების კონცენტრაციაზე.

ზოგადად, ელექტროქიმიური რეაქციისთვის

მიედინება ფაზის ინტერფეისზე, წონასწორობის მდგომარეობა, (3.6) შესაბამისად, დაიწერება:

სადაც და არის დაჟანგული და შემცირებული ფორმების ნაწილაკების მუხტები და არის ნივთიერების დაჟანგული და შემცირებული ფორმების შემცველი ფაზების პოტენციალი. განტოლების გარდაქმნის შემდეგ მივიღებთ:

საფასურის ბალანსის მიხედვით,

სადაც არის რეაქციაში მონაწილე იონების მთლიანი მუხტი ნივთიერების შემცირებული ფორმის შემცველ ფაზაში და არის რეაქციაში მონაწილე იონების ჯამური მუხტი ნივთიერების დაჟანგული ფორმის შემცველ ფაზაში. თვითნებური თხევადი და მყარი ხსნარებისთვის, ქიმიური პოტენციალი მეკომპონენტი გამოიხატება მისი აქტივობით განტოლებით. იმის გათვალისწინებით, რომ ეს არის გალვანური პოტენციალი, ჩვენ ვიღებთ:

ვინაიდან კომპონენტის სტანდარტული ქიმიური პოტენციალი უდრის მისი სტანდარტული გიბსის ენერგიის მნიშვნელობას, ჩვენ ვიღებთ

ჯ°, რომელსაც ე.წ

სად ჯ° - სტანდარტული ელექტროდის პოტენციალი; რ- უნივერსალური გაზის მუდმივი;

თ- ტემპერატურა, K; ფ– ფარადეის მუდმივი; - ელექტრონების პროცესში მონაწილე ელექტრონების რაოდენობა; და - დაჟანგული და შემცირებული ფორმების აქტივობა.

მიღებულ განტოლებას ნერნსტის განტოლება ეწოდება. სტანდარტული ელექტროდის პოტენციალი ჯ° არის თითოეული ელექტროდის პროცესისთვის დამახასიათებელი მნიშვნელობა, რომელიც ასევე დამოკიდებულია გამხსნელის ტემპერატურასა და ბუნებაზე. სტანდარტული ელექტროდის პოტენციალი უდრის ელექტროდის პოტენციალს, რომელშიც ელექტროდის რეაქციაში ყველა მონაწილის აქტივობის თანაფარდობა უდრის ერთიანობას. ნერნსტის განტოლება აკავშირებს ელექტროლიტური ხსნარის ფაზასა და პირველი კლასის გამტარის ფაზას შორის პოტენციური სხვაობის სიდიდეს ელექტროდის რეაქციაში ჩართული კომპონენტების აქტივობასთან.

ელექტროქიმიური წონასწორობის დამყარების მაგალითად განვიხილოთ უმარტივესი შემთხვევა - წონასწორობა ლითონის ინტერფეისზე ამ ლითონის იონების შემცველ ხსნართან. ელექტროდზე მოხდება შემდეგი ელექტროქიმიური რეაქცია:

წონასწორობა დამყარებულია ლითონის იონების გადასვლის შედეგად ხსნარის დიდი ნაწილიდან მეტალზე და უკან, იმ პირობით, რომ დაკმაყოფილებულია თანასწორობა (3.6).

ყველა მუდმივი რაოდენობის ერთ რაოდენობაში გაერთიანებით - ჯ°, რომელსაც ე.წ სტანდარტული ელექტროდის პოტენციალიჩვენ ვიღებთ გამოხატულებას პოტენციური სხვაობის ფაზებს შორის, რომლებიც ქმნიან ელექტროდს:

R, F და ტემპერატურის მუდმივების (RT/F) კომბინაცია ხშირად გვხვდება ელექტროქიმიურ განტოლებებში; მას აქვს დაძაბულობის განზომილება. ზოგადად მიღებულია მისი აღნიშვნა, როგორც b 0. ხშირად ნერნსტის განტოლება იწერება ათობითი ლოგარითმების მიხედვით. ათობითი ლოგარითმებზე გადასვლა ხორციელდება b 0-ზე ln10 = 2.3-ზე გამრავლებით (ეს ნამრავლი აღინიშნება როგორც b). 298 K-ზე b 0 და b მნიშვნელობები შესაბამისად ტოლია:

მუდმივი b-ის მნიშვნელობები სხვა ტემპერატურაზე მარტივად შეიძლება გამოითვალოს.

უნდა აღინიშნოს, რომ ზოგად შემთხვევაში, ნერნსტის განტოლების დაწერისას, ლოგარითმის ქვეშ რჩება მხოლოდ ის სიდიდეები, რომლებიც შეიძლება განსხვავდებოდეს. ამრიგად, სხვადასხვა შემთხვევისთვის ნერნსტის განტოლების დაწერისას აუცილებელია დაიცვან რამდენიმე წესი, რომლებიც დაკავშირებულია გამოხატვის გამოყენებასთან (3.9) სხვადასხვა ტიპის ელექტროდებისთვის:

1. მუდმივი შემადგენლობის ცალკეული ფაზის შემქმნელი სუფთა კომპონენტების აქტივობა (როგორც წესი, ეს არის მყარი ნივთიერებები) აღებულია ერთიანობის ტოლფასი.

2. გამხსნელის აქტივობა მიჩნეულია ერთობის ტოლი.

3. აირისებრი ნივთიერებების მოქმედების ნაცვლად განტოლება მოიცავს ამ აირების ფარდობითი ნაწილობრივი წნევას ხსნარზე ზემოთ. წნევა მოცემულია სტანდარტთან შედარებით (1 ბარი = 10 5 პა), ე.ი. ეს რაოდენობა განზომილებიანია, თუმცა რიცხობრივად ემთხვევა გაზის ნაწილობრივ წნევას, გამოსახული ზოლებით.

ნაწილობრივი წნევის გამოყენება მოქმედებს არც თუ ისე მაღალი წნევის შემთხვევაში (რამდენიმე ბარის ბრძანებით). მაღალი წნევის დროს აუცილებელია გაზის ფუგაციტის გამოყენება.

ნეიტრალური კომპონენტის ქიმიური პოტენციალი არის ტემპერატურის, წნევის და იმ ფაზის ქიმიური შემადგენლობის ფუნქცია, რომელშიც ის გვხვდება. ქიმიური პოტენციალი განისაზღვრება შემდეგნაირად:

სადაც G არის გიბსის თავისუფალი ენერგია, A არის ჰელმჰოლცის თავისუფალი ენერგია, U არის შიდა ენერგია, I არის ენთალპია, S არის ენტროპია, V არის მოცულობა, T არის ტემპერატურა, წნევა. გაზომვების დროს ყოველთვის დგინდება ქიმიური პოტენციალის სხვაობა სხვადასხვა თერმოდინამიკურ მდგომარეობაში და არასოდეს განისაზღვრება ქიმიური პოტენციალის აბსოლუტური მნიშვნელობა მოცემულ მდგომარეობაში. თუმცა, შედეგების ცხრილების შედგენისას, მოსახერხებელია თითოეული თერმოდინამიკური მდგომარეობისთვის გარკვეული მნიშვნელობის მინიჭება. ეს შეიძლება გაკეთდეს ქიმიურ პოტენციალს რაიმე სახელმწიფოში თვითნებური მნიშვნელობის მინიჭებით და სხვა მდგომარეობაში მისი მნიშვნელობის განსაზღვრით მოცემულ სტანდარტულ მდგომარეობასთან შედარებით.

მაგალითად, სუფთა ელემენტების ქიმიური პოტენციალი ერთი ატმოსფეროს წნევაზე შეიძლება მივიღოთ ნულის ტოლი. მას შემდეგ, რაც სტანდარტული მდგომარეობა ზუსტად ჩამოყალიბდება და სხვა მდგომარეობებში ქიმიური პოტენციალის მნიშვნელობები იქნება ცხრილი, ექსპერიმენტული შედეგები ხდება ცალსახა. ჩვენ კვლავ დავუბრუნდებით ამ საკითხს ელექტროქიმიური უჯრედების შესახებ მონაცემების განხილვისას.

იონის ელექტროქიმიური პოტენციალი შემოიღო გუგენჰაიმმა და მისი მნიშვნელობების განსხვავება ორ ფაზაში განისაზღვრა, როგორც მუშაობა ერთი გრამი იონის შექცევად გადაცემაზე ერთი ფაზიდან მეორეში მუდმივ ტემპერატურასა და მოცულობაში. ეს დამოკიდებულია ტემპერატურაზე, წნევაზე, ქიმიურ შემადგენლობაზე და ფაზის ელექტრულ მდგომარეობაზე. გასარკვევია, რამდენად კარგად არის განსაზღვრული ეს დამოუკიდებელი ცვლადები. განვიხილოთ შემდეგი შემთხვევები, როდესაც იონების გადაცემა შეიძლება გამოჩნდეს:

1. მუდმივი ტემპერატურა და წნევა, ფაზების იდენტური ქიმიური შემადგენლობა. ფაზებს შორის განსხვავებები შეიძლება იყოს მხოლოდ ელექტრული ხასიათისა.

ა) i კომპონენტის ერთი გრამი იონის გადატანისთვის ფაზაში a ფაზაში გადატანის სამუშაო უდრის

სადაც ორ ფაზას შორის სხვაობა შეიძლება დახასიათდეს ორივე ფაზის ელექტრული პოტენციალის სხვაობით (მეორე მიმართება).

ბ) კომპონენტი 1-ის გრამი იონების და მე-2 კომპონენტის გრამი იონების გადასატანად, იმ პირობით, რომ

გადაცემის სამუშაო არის ნული. იონების ასეთი ელექტრულად ნეიტრალური კომბინაციები დამოუკიდებელია ფაზის ელექტრული მდგომარეობიდან და ეს ფაქტი შეიძლება გამოყენებულ იქნას ზემოთ მოცემული პოტენციური განსხვავების განსაზღვრის შესამოწმებლად. ვინაიდან ნეიტრალური კომბინაციებისთვის გადაცემის მთლიანი სამუშაო იქნება ნულის ტოლი, ამიტომ ტოლობა (13-3) დაკმაყოფილებულია, გვაქვს

თუ გამოვიყენებთ ტოლობას (13-2) იონურ კომპონენტზე 1, მაშინ შეგვიძლია გავაერთიანოთ ტოლობები (13-2) - (13-4) და გამოვხატოთ განსხვავება

იონური კომპონენტის 2-ის ელექტროქიმიური პოტენციალი სახით

შესაბამისად, ტოლობით (13-2) განსაზღვრული ელექტრული პოტენციალის სხვაობა არ არის დამოკიდებული იმაზე, თუ რომელი დამუხტული კომპონენტიდან (1 ან 2) გამოიყენება თანასწორობაში (13-2). ამ თვალსაზრისით, ელექტრული პოტენციალის სხვაობა სწორად არის განსაზღვრული და ემთხვევა პოტენციური განსხვავების ჩვეულ იდეას.

2. მუდმივი ტემპერატურა და წნევა, ორივე ფაზის განსხვავებული ქიმიური შემადგენლობა. იონების ნეიტრალური კომბინაციების გადაცემისას, რომლებიც აკმაყოფილებენ თანასწორობას (13-3), არ არის დამოკიდებული რომელიმე ფაზის ელექტრულ მდგომარეობაზე. ამრიგად, გადაცემის სამუშაო დამოკიდებული იქნება მხოლოდ ქიმიური შემადგენლობის განსხვავებაზე. დამუხტული კომპონენტის გადაცემის სამუშაო კვლავ მიიღება თანასწორობით

მაგრამ ის აღარ შეიძლება გამოიხატოს უბრალოდ ელექტრული პოტენციალის განსხვავებებით, ვინაიდან გადატანილი კომპონენტის ქიმიური გარემო განსხვავებული იქნება ორივე ფაზაში.

უნდა აღინიშნოს, რომ რაოდენობრივი მახასიათებელი ან საზომი განსხვავებული ქიმიური შემადგენლობით ორი ფაზის ელექტრულ მდგომარეობათა განსხვავებისა ჯერ არ არის დადგენილი. ასეთი ელექტრული ცვლადის დადგენა შესაძლებელია (და თუნდაც მიზანშეწონილი ზოგიერთი გამოთვლითი მიზნებისთვის), მაგრამ ეს აუცილებლად ასოცირდება თვითნებობის ელემენტთან და არ არის არსებითი თერმოდინამიკური ფენომენების გასათვალისწინებლად. ამ გადაწყვეტილების მიღების რამდენიმე განსხვავებული გზა განხილულია თავში. 3. ელექტრული პოტენციალის ჩვეულებრივი განმარტება ეფუძნება ელექტროსტატიკას და არა თერმოდინამიკას, ამიტომ ელექტროქიმიური პოტენციალების გამოყენება აქ უფრო მიზანშეწონილია.

საინტერესო საკითხია ფაზის მდგომარეობა, ასევე არის თუ არა ორივე ფაზა ერთსა და იმავე მდგომარეობაში. თუ ორ ფაზას განსხვავებული შემადგენლობა აქვს, მაშინ კითხვა, არის თუ არა ისინი იმავე ელექტრულ მდგომარეობაში, შეუსაბამოა თერმოდინამიკის თვალსაზრისით. მეორეს მხრივ, თუ ორივე ფაზა ქიმიურად იდენტურია, მაშინ მოსახერხებელია მათი ელექტრული მდგომარეობის რაოდენობრივი აღწერა ისე, რომ ემთხვევა პოტენციალის ჩვეულებრივ განმარტებას.

ელექტროდის პროცესები. პოტენციური ნახტომების და ელექტრომოძრავი ძალის კონცეფცია (EMF). ელექტროქიმიური სქემები, გალვანური უჯრედები. სტანდარტული წყალბადის ელექტროდი, სტანდარტული ელექტროდის პოტენციალი. ელექტროქიმიური სქემების და ელექტროდების კლასიფიკაცია.

9.1 ელექტროქიმიური სისტემები. ელექტროდი. ელექტროქიმიური პოტენციალი. ელექტროდის აბსოლუტური პოტენციალი და ელექტრომამოძრავებელი ძალა.

ენერგიის ელექტრული და ქიმიური ფორმების ურთიერთკონვერტაცია ხდება ელექტროქიმიურ სისტემებში, მათ შორის:

მეორე ტიპის გამტარები - იონური გამტარობის მქონე ნივთიერებები (ელექტროლიტები).

პირველი ტიპის გამტარები არის ნივთიერებები ელექტრონული გამტარობით.

ორ ფაზას შორის ინტერფეისზე ხდება ელექტრული მუხტის გადაცემა, ე.ი. პოტენციური ნახტომი () ხდება.

სისტემა, რომელიც შედგება პირველი და მეორე სახის დამაკავშირებელი დირიჟორებისგან, ეწოდება ელექტროდი.

ელექტროდებში პირველი და მეორე ტიპის გამტარებლებს შორის ინტერფეისზე მიმდინარე პროცესებს უწოდებენელექტროდის პროცესები .

ელექტროდი არის სისტემა, რომელიც შედგება მინიმუმ ორი ფაზისგან.

მოდით განვიხილოთ, როგორ ხდება პოტენციური ნახტომი - ელექტროდის პოტენციალი - მეტალსა და ამ ლითონის მარილის ხსნარს შორის. როდესაც ლითონის ფირფიტა ჩაეფლო მარილის ხსნარში, ლითონის იონების ნაწილი ფირფიტის ზედაპირიდან შეიძლება გადავიდეს ფირფიტის ზედაპირის მიმდებარე ხსნარში. ლითონი უარყოფითად დამუხტული ხდება და შედეგად მიღებული ელექტროსტატიკური ძალები ხელს უშლის ამ პროცესის შემდგომ განვითარებას. სისტემაში წონასწორობაა დამყარებული. ასევე შესაძლებელია ლითონის კათიონების გადატანის საპირისპირო პროცესი ხსნარიდან ფირფიტაზე. ეს პროცესები იწვევს ორმაგი ელექტრული ფენის გამოჩენას და პოტენციურ ნახტომს.

ლითონის იონის გადაცემის პროცესის მიმართულება განისაზღვრება იონების ელექტროქიმიური პოტენციალების თანაფარდობით ( ) ხსნარის ფაზაში და შედედებულ ფაზაში. პროცესი გრძელდება მანამ, სანამ ელექტროქიმიური პოტენციალი არ გათანაბრდება ორ ფაზაში.

ელექტროქიმიური პოტენციალი შედგება ორი ტერმინისგან

=
.

მ ქიმ. - ქიმიური პოტენციალი, რომელიც ახასიათებს ქიმიურ პასუხს მოცემული ნაწილაკების გარემოში ცვლილებებზე.

m el - ელექტროქიმიური პოტენციალის ან ელექტრული ველის პოტენციური ენერგიის ელექტრული კომპონენტი, რომელიც ახასიათებს ელექტრული ველის რეაქციას.

გარკვეული ტიპის დამუხტული ნაწილაკებისთვის (i)

, სად

ზ მე- იონის მუხტი,

–შიდა პოტენციალი, რომელიც შეესაბამება ელემენტარული უარყოფითი მუხტის გადატანის სამუშაოს უსასრულობიდან ვაკუუმში ღრმა ფაზაში.

ელექტროქიმიური სისტემის წონასწორობაახასიათებს დამუხტული ნაწილაკების ელექტროქიმიური (და არა ქიმიური) პოტენციალის თანასწორობა სხვადასხვა ფაზაში.

წონასწორობის სისტემის ხსნარში (I)/ლითონში (II) გვაქვს:

.

არაწონასწორობის სისტემაში ერთი მოლი-ეკვ. იონები I ფაზიდან II ფაზამდე უდრის

.

Მას შემდეგ

წონასწორობაში, (1) გათვალისწინებით, გვაქვს:

,

სად
- გადახტომა ინტერფეისზე (ელექტროდის აბსოლუტური პოტენციალი). აღვნიშნოთ

,

სად
- პოტენციური ნახტომი ინტერფეისზე at ა მე = 1 (სტანდარტული ელექტროდის პოტენციალი).

სტანდარტული პოტენციალი არის მოცემული ელექტროდის პროცესისთვის დამახასიათებელი მნიშვნელობა. ეს დამოკიდებულია ელექტროდის ტემპერატურასა და ბუნებაზე. შემდეგ Me Z+ /Me ტიპის ელექტროდისთვის:

. (1)

პოტენციური ნახტომი ასევე ხდება ორ ხსნარს შორის ინტერფეისზე; ეს არის დიფუზიის პოტენციალი
.

ზოგადად (ნებისმიერი ტიპის ელექტროდებისთვის):

(2)

ან 298 კ

უნდა გვახსოვდეს, რომ თუ აირები მონაწილეობენ ელექტროდის რეაქციაში, მაშინ აქტივობა მიჩნეულია ნაწილობრივი წნევის ტოლი; მუდმივი შემადგენლობის შედედებული ფაზისთვის, ა=1.

(1), (2) განტოლებები ეწოდება ნერნსტის განტოლებები ელექტროდის პოტენციალისათვის. ელექტრული პოტენციალის სხვაობა ექსპერიმენტულად შეიძლება გაიზომოს მხოლოდ იმავე ფაზის ორ წერტილს შორის, სადაც μ მე = კონსტ. როდესაც ელემენტარული მუხტი მოძრაობს სხვადასხვა ფაზაში მდებარე ორ წერტილს შორის, გარდა ელექტრულისა, უნდა შესრულდეს სამუშაო, რომელიც დაკავშირებულია მუხტის ქიმიურ გარემოში ცვლილებასთან. სამუშაოს ამ ქიმიური კომპონენტის სიდიდის დადგენა შეუძლებელია, ამიტომ ელექტროდის პოტენციალის აბსოლუტური მნიშვნელობა
შეუძლებელია გაზომვა. ექსპერიმენტულად შესაძლებელია მხოლოდ ორი ელექტროდისგან შემდგარი გალვანური უჯრედის EMF-ის სიდიდის დადგენა.

ელექტროდების და ელექტროქიმიური სქემების ჩაწერის წესები.

სისტემები, რომლებიც შედგება ორი ან მეტი ელექტროდისგან, რომლებიც დაკავშირებულია სპეციალური გზით და შეუძლიათ აწარმოონ ელექტრული სამუშაო, ანუ ემსახურონ ელექტრო ენერგიის წყაროს, ე.წ. გალვანური უჯრედები.

გალვანური უჯრედის ელექტრომოძრავი ძალა(EMF GE) არის ელექტროდის პოტენციალის ნახტომების ჯამი წონასწორობის პირობებში ყველა ფაზის საზღვარზე (გარე წრეში დენი არის ნული).

ა) ელექტროდებისთვის მიღებულია ჩაწერის შემდეგი წესები: ვერტიკალური ხაზის მარცხნივ მითითებულია ხსნარში მყოფი ნივთიერებები, მარჯვნივ მიეთითება სხვა ფაზის წარმომქმნელი ნივთიერებები (გაზი ან მყარი).

თუ ერთი ფაზა შეიცავს რამდენიმე ნივთიერებას, მაშინ მათი სიმბოლოები გამოყოფილია მძიმეებით.

Მაგალითად,

.

ელექტროდის რეაქციის განტოლება ცალკეული ელექტროდისთვის იწერება ისე, რომ დაჟანგული ფორმის ნივთიერებები და ელექტრონები განლაგებულია მარცხნივ, ხოლო ნივთიერებები შემცირებული სახით მარჯვნივ:

,

,

.

ბ) გალვანური უჯრედების ჩაწერისას მარცხნივ მდებარეობს უფრო უარყოფითი პოტენციალის მქონე ელექტროდი; ორივე ელექტროდის ხსნარი ერთმანეთისგან გამოყოფილია ვერტიკალური წერტილოვანი ხაზით, თუ ისინი ერთმანეთთან კონტაქტში არიან და ორი მყარი ხაზით, თუ ხსნარებს შორის არის მარილის ხიდი, მაგალითად, გაჯერებული KCl ხსნარი, დახმარებით. რომლის დიფუზიის პოტენციალი აღმოფხვრილია. ამრიგად, დადებითად დამუხტული ელექტროდი ყოველთვის მითითებულია მარჯვნივ, ხოლო უარყოფითად დამუხტული ელექტროდი მარცხნივ.

როგორც ელექტროქიმიური წრედის მაგალითი, განვიხილოთ გალვანური უჯრედი, რომელიც შედგება ვერცხლისგან

და სპილენძი

ელექტროდები. სქემატურად, განსახილველი ელემენტი იწერება შემდეგი ფორმით:

სადაც მყარი ვერტიკალური ხაზი აღნიშნავს ლითონ-ხსნარის ინტერფეისს, ხოლო ვერტიკალური წერტილოვანი ხაზი მიუთითებს ხსნარი-ხსნარის ინტერფეისს.

სპილენძის ელექტროდზე ელემენტის მუშაობის შედეგად მოხდება ჟანგვის პროცესი:

,

ხოლო ვერცხლის ელექტროდზე აღდგენის პროცესია:

.

გალვანურ უჯრედში დაჟანგვისა და შემცირების პროცესები სივრცით გამოყოფილია.

ელექტროდი , რომელზედაც მიედინება ჟანგვის პროცესი, დაურეკა ანოდი (
).

ელექტროდი, რომელზედაც ხდება ნაკადი აღდგენის პროცესი, დაურეკა კათოდი (
).

რეაქციებს კათოდსა და ანოდზე ეწოდება ელექტროდის რეაქციები.

მთლიანი ქიმიური პროცესი, რომელიც ხდება გალვანურ უჯრედში, შედგება ელექტროდის პროცესებისგან და გამოიხატება განტოლებით:

თუ ელექტროდების პროცესები და ქიმიური რეაქციები გალვანურ უჯრედში შეიძლება განხორციელდეს წინა (როდესაც ელემენტი მუშაობს) და საპირისპირო (როდესაც ელექტრული დენი გადის ელემენტში) მიმართულებით, მაშინ ასეთი ელექტროდები და გალვანური უჯრედი ე.წ. შექცევადი.

შემდგომში განხილული იქნება მხოლოდ შექცევადი ელექტროდები და გალვანური უჯრედები.

ენერგიის ელექტრული და ქიმიური ფორმების ურთიერთკონვერტაცია ხდება ელექტროქიმიურ სისტემებში, მათ შორის:

ª მეორე სახის გამტარები - იონური გამტარობის მქონე ნივთიერებები (ელექტროლიტები).

ª პირველი ტიპის გამტარები - ნივთიერებები ელექტრონული გამტარობით.

ორ ფაზას შორის ინტერფეისზე ხდება ელექტრული მუხტის გადაცემა, ე.ი. პოტენციური ნახტომი () ხდება.

სისტემა, რომელიც შედგება პირველი და მეორე სახის დამაკავშირებელი დირიჟორებისგან, ეწოდება ელექტროდი.

ელექტროდებში პირველი და მეორე ტიპის გამტარებლებს შორის ინტერფეისზე მიმდინარე პროცესებს უწოდებენელექტროდის პროცესები .

ელექტროდი არის სისტემა, რომელიც შედგება მინიმუმ ორი ფაზისგან.

მოდით განვიხილოთ, როგორ ხდება პოტენციური ნახტომი - ელექტროდის პოტენციალი - მეტალსა და ამ ლითონის მარილის ხსნარს შორის. როდესაც ლითონის ფირფიტა ჩაეფლო მარილის ხსნარში, ლითონის იონების ნაწილი ფირფიტის ზედაპირიდან შეიძლება გადავიდეს ფირფიტის ზედაპირის მიმდებარე ხსნარში. ლითონი უარყოფითად დამუხტული ხდება და შედეგად მიღებული ელექტროსტატიკური ძალები ხელს უშლის ამ პროცესის შემდგომ განვითარებას. სისტემაში წონასწორობაა დამყარებული. ასევე შესაძლებელია ლითონის კათიონების გადატანის საპირისპირო პროცესი ხსნარიდან ფირფიტაზე. ეს პროცესები იწვევს ორმაგი ელექტრული ფენის გამოჩენას და პოტენციურ ნახტომს.

ლითონის იონების გადაცემის პროცესის მიმართულება განისაზღვრება ხსნარის ფაზაში იონების () ელექტროქიმიური პოტენციალის და შედედებული ფაზის თანაფარდობით. პროცესი გრძელდება მანამ, სანამ ელექტროქიმიური პოტენციალი არ გათანაბრდება ორ ფაზაში.

ელექტროქიმიური პოტენციალი შედგება ორი ტერმინისგან

მ ქიმ. - ქიმიური პოტენციალი, რომელიც ახასიათებს ქიმიურ პასუხს მოცემული ნაწილაკების გარემოში ცვლილებებზე.

m el - ელექტროქიმიური პოტენციალის ან ელექტრული ველის პოტენციური ენერგიის ელექტრული კომპონენტი, რომელიც ახასიათებს ელექტრული ველის რეაქციას.

გარკვეული ტიპის დამუხტული ნაწილაკებისთვის (i)

z i- იონის მუხტი,

– შიდა პოტენციალი, რომელიც შეესაბამება ელემენტარული უარყოფითი მუხტის გადატანის სამუშაოს უსასრულობიდან ვაკუუმში ღრმა ფაზაში.

ელექტროქიმიური სისტემის წონასწორობაახასიათებს დამუხტული ნაწილაკების ელექტროქიმიური (და არა ქიმიური) პოტენციალის თანასწორობა სხვადასხვა ფაზაში.

წონასწორობის სისტემის ხსნარში (I)/ლითონში (II) გვაქვს:

არაწონასწორობის სისტემაში ერთი მოლი-ეკვ. იონები I ფაზიდან II ფაზამდე უდრის

Მას შემდეგ

წონასწორობაში, (1) გათვალისწინებით, გვაქვს:

სად არის ნახტომი ინტერფეისზე (ელექტროდის აბსოლუტური პოტენციალი). აღვნიშნოთ

სად არის პოტენციური ნახტომი ინტერფეისზე და მე = 1 (სტანდარტული ელექტროდის პოტენციალი).

სტანდარტული პოტენციალი არის მოცემული ელექტროდის პროცესისთვის დამახასიათებელი მნიშვნელობა. ეს დამოკიდებულია ელექტროდის ტემპერატურასა და ბუნებაზე. შემდეგ Me Z+ /Me ტიპის ელექტროდისთვის:

პოტენციური ნახტომი ასევე ხდება ორ ხსნარს შორის ინტერფეისზე; ეს არის დიფუზიის პოტენციალი.

ზოგადად (ნებისმიერი ტიპის ელექტროდებისთვის):

ან 298 კ

უნდა გვახსოვდეს, რომ თუ აირები მონაწილეობენ ელექტროდის რეაქციაში, მაშინ აქტივობა მიჩნეულია ნაწილობრივი წნევის ტოლი; მუდმივი შემადგენლობის შედედებული ფაზისთვის, ა=1.

(1), (2) განტოლებები ეწოდება ნერნსტის განტოლებები ელექტროდის პოტენციალისათვის. ელექტრული პოტენციალის სხვაობა ექსპერიმენტულად შეიძლება გაიზომოს მხოლოდ იმავე ფაზის ორ წერტილს შორის, სადაც μ მე = კონსტ. როდესაც ელემენტარული მუხტი მოძრაობს სხვადასხვა ფაზაში მდებარე ორ წერტილს შორის, გარდა ელექტრულისა, უნდა შესრულდეს სამუშაო, რომელიც დაკავშირებულია მუხტის ქიმიურ გარემოში ცვლილებასთან. სამუშაოს ამ ქიმიური კომპონენტის სიდიდის დადგენა შეუძლებელია, ამიტომ ელექტროდის პოტენციალის აბსოლუტური მნიშვნელობის გაზომვა შეუძლებელია. ექსპერიმენტულად შესაძლებელია მხოლოდ ორი ელექტროდისგან შემდგარი გალვანური უჯრედის EMF-ის სიდიდის დადგენა.

ელექტროდების და ელექტროქიმიური სქემების ჩაწერის წესები.

სისტემები, რომლებიც შედგება ორი ან მეტი ელექტროდისგან, რომლებიც დაკავშირებულია სპეციალური გზით და შეუძლიათ აწარმოონ ელექტრული სამუშაო, ანუ ემსახურონ ელექტრო ენერგიის წყაროს, ე.წ. გალვანური უჯრედები.

გალვანური უჯრედის ელექტრომოძრავი ძალა(EMF GE) არის ელექტროდის პოტენციალის ნახტომების ჯამი წონასწორობის პირობებში ყველა ფაზის საზღვარზე (გარე წრეში დენი არის ნული).

ა) ელექტროდებისთვის მიღებულია ჩაწერის შემდეგი წესები: ვერტიკალური ხაზის მარცხნივ მითითებულია ხსნარში მყოფი ნივთიერებები, მარჯვნივ მიეთითება სხვა ფაზის წარმომქმნელი ნივთიერებები (გაზი ან მყარი).

თუ ერთი ფაზა შეიცავს რამდენიმე ნივთიერებას, მაშინ მათი სიმბოლოები გამოყოფილია მძიმეებით.

Მაგალითად,

ელექტროდის რეაქციის განტოლება ცალკეული ელექტროდისთვის იწერება ისე, რომ დაჟანგული ფორმის ნივთიერებები და ელექტრონები განლაგებულია მარცხნივ, ხოლო ნივთიერებები შემცირებული სახით მარჯვნივ:

ბ) გალვანური უჯრედების ჩაწერისას მარცხნივ მდებარეობს უფრო უარყოფითი პოტენციალის მქონე ელექტროდი; ორივე ელექტროდის ხსნარი ერთმანეთისგან გამოყოფილია ვერტიკალური წერტილოვანი ხაზით, თუ ისინი ერთმანეთთან კონტაქტში არიან და ორი მყარი ხაზით, თუ ხსნარებს შორის არის მარილის ხიდი, მაგალითად, გაჯერებული KCl ხსნარი, დახმარებით. რომლის დიფუზიის პოტენციალი აღმოფხვრილია. ამრიგად, დადებითად დამუხტული ელექტროდი ყოველთვის მითითებულია მარჯვნივ, ხოლო უარყოფითად დამუხტული ელექტროდი მარცხნივ.

ელექტროდი , რომელზედაც მიედინება ჟანგვის პროცესი, დაურეკა ანოდი ().

ელექტროდი, რომელზედაც ხდება ნაკადი აღდგენის პროცესი, დაურეკა კათოდი ().

რეაქციებს კათოდსა და ანოდზე ეწოდება ელექტროდის რეაქციები.

მთლიანი ქიმიური პროცესი, რომელიც ხდება გალვანურ უჯრედში, შედგება ელექტროდის პროცესებისგან და გამოიხატება განტოლებით:

თუ ელექტროდების პროცესები და ქიმიური რეაქციები გალვანურ უჯრედში შეიძლება განხორციელდეს წინა (როდესაც ელემენტი მუშაობს) და საპირისპირო (როდესაც ელექტრული დენი გადის ელემენტში) მიმართულებით, მაშინ ასეთი ელექტროდები და გალვანური უჯრედი ე.წ. შექცევადი.

შემდგომში განხილული იქნება მხოლოდ შექცევადი ელექტროდები და გალვანური უჯრედები.