Что такое потенциал?

[Nahum]

Я не могу понять, что такое потенциал в уравнении Нернста. Я хочу объяснение в терминах просто силы электростатических взаимодействий, переносов зарядов между раствором и электродом, механической работы и тд. , а не "Электродный потенциал - значение электрического напряжения (разности электрических потенциалов) между двумя электродами в электрической цепи, состоящей из исследуемого электрода, погруженного в раствор и электрода сравнения" и тому подобное. Всё время выясняется, что потенциал - это потенциал. Я хочу универсальный алгоритм вычисления этого потенциала, который будет следовать из определения.

Я в предыдущей теме спрашивал, как работает угольный аккумулятор. И вроде понятно, что приложив напряжение к электродам в растворе, мы создаём разность концентраций ионов, но почему разность концентраций вызывает скачок потенциала?... Хотя даже это непонятно, без определения потенциала ничего не понятно.

 

Мне кажется, что уравнение Нернста - это частное проявление чего-то общего. Как если бы нам в школе на математике сначала дали формулу синуса двойного угла sin(2a) = 2*sin(a)*cos(a), а потом показали бы формулу синуса суммы углов sin(a+b) = sin(a)*cos(b) + cos(a)*sin(b). Тогда бы мы воскликнули: "Так это же sin(a+a), вот откуда всё выводится!"

Изменено 10 Октября, 2022 в 10:28 пользователем Nahum

[chemister2010]

Потенциал - это напряжение. Если объяснить совсем просто - он показывает насколько больше свободных электронов на одном электроде, чем на втором. Можно рассматривать два электрода как два уровня воды, где уровень выше - отрицательный потенциал больше. 

Изменено 10 Октября, 2022 в 17:19 пользователем chemister2010

[yatcheh]

10.10.2022 в 13:09, Nahum сказал:

Я не могу понять, что такое потенциал в уравнении Нернста. Я хочу объяснение в терминах просто силы электростатических взаимодействий, переносов зарядов между раствором и электродом, механической работы и тд. , а не "Электродный потенциал - значение электрического напряжения (разности электрических потенциалов) между двумя электродами в электрической цепи, состоящей из исследуемого электрода, погруженного в раствор и электрода сравнения" и тому подобное. Всё время выясняется, что потенциал - это потенциал. Я хочу универсальный алгоритм вычисления этого потенциала, который будет следовать из определения.

Я в предыдущей теме спрашивал, как работает угольный аккумулятор. И вроде понятно, что приложив напряжение к электродам в растворе, мы создаём разность концентраций ионов, но почему разность концентраций вызывает скачок потенциала?... Хотя даже это непонятно, без определения потенциала ничего не понятно.

 

Мне кажется, что уравнение Нернста - это частное проявление чего-то общего. Как если бы нам в школе на математике сначала дали формулу синуса двойного угла sin(2a) = 2*sin(a)*cos(a), а потом показали бы формулу синуса суммы углов sin(a+b) = sin(a)*cos(b) + cos(a)*sin(b). Тогда бы мы воскликнули: "Так это же sin(a+a), вот откуда всё выводится!"

 

А что вы упёрлись в уравнение Нернста? Потенциал - это полная энергия системы. Термодинамика оперирует не полной энергией, а её изменением, или - разностью полных энергий в двух состояниях - разностью потенциалов. А уж в чём эта разность выражается - в джоулях, электрон-вольтах или лошадиных силах в час - это формальность (от слова "формула"). 

ΔG = ΔG0 + RT*ln(Kc)

E = E0 + RT/(nF)*ln(Kc)

Простое изменение размерности.

А то, чего вы хотите - это вычисление полной энергии системы. Ну, в теории это можно сделать с какой-то точностью, опять же в условиях нормировки по какому-то стандарту, но это, по большому счёту - бред полнейший, вычисление числа ангелов на кончике иглы.

[Nahum]

А откуда на электродах берутся свободные электроны? Дано: раствор кислоты с протонами + и ионами остатка -, вода, цинковй гвоздь, инертный графитовый стержень. Соединяем всё вместе в стакане, получаем цинк с избытком электронов, графит с недостатком. Как и почему?

Изменено 11 Октября, 2022 в 08:21 пользователем Nahum

[yatcheh]

11.10.2022 в 11:20, Nahum сказал:

А откуда на электродах берутся свободные электроны? Дано: раствор кислоты с протонами + и ионами остатка -, вода, цинковй гвоздь, инертный графитовый стержень. Соединяем всё вместе в стакане, получаем цинк с избытком электронов, графит с недостатком. Как и почему?

 

А вы почитайте про двойной электрический слой.

Цинковый электрод, погруженный в раствор соли цинка адсорбирует ионы цинка на поверхности, приобретая при этом положительный заряд. Движущая сила этой адсорбции - повышенная поверхностная энергия. Атомы цинка на поверхности кристалла имеют свободные "валентности", создающие избыток энергии, позволяющей связывать катионы того же цинка, достраивая кристалл. По мере такой адсорбции возрастает энергия электростатического отталкивания ионов, и когда свободная поверхностная энергия будет полностью уравновешена электростатической - наступит равновесие, а у электрода появится двойной электрический слой - катионы на поверхности и толпящиеся при поверхности анионы.

Это если максимально упрощённо всю эту консерваторию описывать.

[бродяга_]

10.10.2022 в 13:09, Nahum сказал:

что такое потенциал

потенциал это некоторый уровень.

11.10.2022 в 11:20, Nahum сказал:

инертный графитовый стержень.

это будет точка отсчета это уровня.

[Nahum]

Как же он адсорбирует ионы, если сам расходуется?

В любом случае, спасибо за ответы.

Изменено 12 Октября, 2022 в 10:25 пользователем Nahum

[Nahum]

Просто из вашего объяснения следует, что цинковый электрод в этой "батарейке" - положительный. Но если цепь замкнуть, то электроны пойдут от цинка. Получается, он отрицательный...

Я чего-то не понимаю, или не знаю чего-то очень важного...

Изменено 12 Октября, 2022 в 10:46 пользователем Nahum

[Nahum]

Все говорят по-разному. В одном источнике написано:" металл состоит из положительных ионов и газа свободных электронов в решётке. Если опустить металл в раствор своей соли, то ионы будут уходить в раствор, а электроны оставаться в металле. Потом отрицательно заряженный электрод начнёт притягивать ионы обратно, установится равновесный потенциал, немного сдвинутый в отрицательную сторону" Вы говорите, равновесие устанавливается наоборот... А вдруг это одно и то же...

[yatcheh]

12.10.2022 в 13:43, Nahum сказал:

Просто из вашего объяснения следует, что цинковый электрод в этой "батарейке" - положительный. Но если цепь замкнуть, то электроны пойдут от цинка. Получается, он отрицательный...

Я чего-то не понимаю, или не знаю чего-то очень важного...

 

12.10.2022 в 13:54, Nahum сказал:

Все говорят по-разному. В одном источнике написано:" металл состоит из положительных ионов и газа свободных электронов в решётке. Если опустить металл в раствор своей соли, то ионы будут уходить в раствор, а электроны оставаться в металле. Потом отрицательно заряженный электрод начнёт притягивать ионы обратно, установится равновесный потенциал, немного сдвинутый в отрицательную сторону" Вы говорите, равновесие устанавливается наоборот... А вдруг это одно и то же...

 

Я просто неудачно взял в качестве примера цинк. Подставьте вместо цинка медь - и когнитивный диссонанс исчезнет.

На самом деле это вопрос равновесия. Атомы металла на поверхности имеют некоторую избыточную энергию, которую они могут реализовать как за счёт адсорбции катионов из раствора, так и наоборот - за счёт перехода в виде катиона в раствор. Равновесие определяется с одной стороны - свойствами металла (энергия образования катиона), с другой - свойствами растворителя (энергия сольватации катиона). В обоих случаях возникающий заряд компенсирует поверхностную энергию.