Voltaický článok

Schéma Voltaického článku je:

kde je referenčný kov tvorený kovovou fázou M,  je fázové rozhranie, je inertný plyn,  je oxidovaná forma látky vo fáze ,   je redukovaná forma látky vo fáze ,  je kovový kontakt, ktorý pripája kovovú stacionárnu dosku (striebornú dosku) ku zvyšku vonkajšieho elektrického obvodu.

 Rovnovážne napätie Voltaického článku 
Rovnovážne napätie Voltaického článku  je definované ako rozdiel Galvaniho potenciálov kovového kontaktu a referenčného kovu :

pričom musí platiť podmienka rovnosti Voltových potenciálov referenčného kovu a roztoku tvoriaceho fázu :

podmienka rovnosti Voltových potenciálov referenčného kovu a roztoku tvoriaceho fázu  sa zaisťuje použitím Kelvinovej metódy vibrujúceho kondenzátora. Dosky vibrujúceho kondenzátora sú tvorené paralelnými rovinami povrchu referenčného kovu , ktorý je súčasťou Kelvinovho vibrátora (Kelvinovej sondy) a druhú dosku kondenzátora tvorí tenký film roztoku (fáza ), ktorý z ústia sklenej rúrky vyteká na kovovú platňu (striebro/platina). 

Pokiaľ neplatí podmienka rovnosti Voltových potenciálov referenčného kovu a roztoku tvoriaceho fázu :

,

tak pri vibračnom pohybe Kelvinovej sondy (Kelvinovho vibrátora) vo smere kolmom na rovinu roztoku, vzniká v elektrickom obvode Voltaického článku merateľný striedavý prúd.

Zároveň sa na Voltaický článok vkladá kompenzujúce jednosmerné napätie tak, aby sa vyrovnali hodnoty Voltových potenciálov referenčného kovu a roztoku tvoriaceho fázu :

čo sa prejaví vymiznutím merateľného striedavého prúdu.

Rovnovážne napätie Voltaického článku  je možné vyjadriť ako rozdiel elektrochemických potenciálov elektrónov kovového kontaktu a referenčného kovu :

kde  je Galvaniho potenciál kovového kontaktu ,  je  Galvaniho potenciál referenčného kovu ,  je elektrochemický potenciál elektrónov referenčného kovu ,   je elektrochemický potenciál elektrónov kovového kontaktu ,  je Faradayova konštanta.

Rozložením elektrochemických potenciálov na zložky,

dostaneme pre elektrochemický potenciál elektrónov referenčného kovu :

a elektrochemický potenciál elektrónov kovového kontaktu :

Zavedením výstupnej práce elektrónu :

čím sa elektrochemický potenciál elektrónov referenčného kovu  zjednoduší na:

Pre elektródu, ktorej vodič druhej triedy tvorí stacionárnu dosku kondenzátora a obsahuje dve látky  rozpustené vo vode v rôznom oxidačnom stupni, platí:

ďalšou úpravou dostaneme:

kde  je elektrochemický potenciál elektrónov na rozhraní vodiča prvej triedy a vodiča druhej triedy použitej redoxnej elektródy ako súčasť Voltaického článku,  je Faradayova konštanta, je absolútny elektródový potenciál,  je povrchový potenciál vo roztoku tvoriaceho fázu  a teda aj vodič druhej triedy príslušnej elektródy,  je Voltov potenciál  vo roztoku tvoriaceho fázu  a teda aj vodič druhej triedy príslušnej elektródy.

Dosadením vzťahov:

a

do vzťahu pre rovnovážne napätie Voltaického článku:

získame:

úpravou a vykrátením Faradayových konštánt:

keďže platí rovnosť:

dostávame finálny tvar pre rovnovážne napätie Voltaického článku:

 Referencie 

Kategória:Elektrochémia