Ποιοι παράγοντες καθορίζουν την τάση σε ένα βολταϊκό κύτταρο;
1. Δυναμικό ηλεκτροδίου:
- Τυπικό δυναμικό ηλεκτροδίου (E °): Αυτή είναι η δυναμική διαφορά μεταξύ του τυπικού ηλεκτροδίου υδρογόνου (SHE) και των άλλων ηλεκτροδίων μισών κυττάρων υπό τυποποιημένες συνθήκες (θερμοκρασία 25 ° C, συγκέντρωση 1Μ και πίεση 1 atm). Το τυποποιημένο δυναμικό ηλεκτροδίου είναι ένα μέτρο της τάσης ενός ηλεκτροδίου να υποβληθεί σε οξείδωση ή μείωση.
- Εξίσωση Nernst: Η εξίσωση NERNST λαμβάνει υπόψη τις μη τυποποιημένες συνθήκες, όπως οι μεταβολές στη συγκέντρωση και τη θερμοκρασία, τροποποιώντας το τυπικό δυναμικό ηλεκτροδίου. Η εξίσωση Nernst δίνεται από:
`` `
E =E ° - (0,0592/n) log q
`` `
Όπου το Ε είναι το δυναμικό ηλεκτροδίου υπό μη τυπικές συνθήκες, το E ° είναι το τυπικό δυναμικό ηλεκτροδίου, Q είναι το πηλίκο αντίδρασης, το n είναι ο αριθμός των γραμμομορίων ηλεκτρονίων που μεταφέρονται στην ισορροπημένη μισή αντίδραση και 0.0592 V είναι η σταθερά που σχετίζεται με τη θερμοκρασία και τη σταθερά faraday.
2. Συγκέντρωση αντιδραστηρίων και προϊόντων:
- Η συγκέντρωση των αντιδραστηρίων και των προϊόντων που εμπλέκονται στις μισές αντιδράσεις επηρεάζει την τάση ενός βολταϊκού κυττάρου. Σύμφωνα με την εξίσωση Nernst, οι υψηλότερες συγκεντρώσεις αντιδραστηρίων και οι χαμηλότερες συγκεντρώσεις προϊόντων θα αυξήσουν την τάση του κυττάρου.
3. Θερμοκρασία:
- Η θερμοκρασία επηρεάζει τον ρυθμό των χημικών αντιδράσεων και τη δραστηριότητα των αντιδραστηρίων και των προϊόντων. Η αύξηση της θερμοκρασίας συνήθως αυξάνει την τάση του κυττάρου επειδή η αλλαγή εντροπίας (ΔS) γίνεται πιο ευνοϊκή σε υψηλότερες θερμοκρασίες.
4. Επιφάνεια των ηλεκτροδίων:
- Η επιφάνεια των ηλεκτροδίων παίζει ρόλο στον ρυθμό των ηλεκτροχημικών αντιδράσεων. Μια μεγαλύτερη επιφάνεια επιτρέπει την ταυτόχρονη λήψη αντιδράσεων, με αποτέλεσμα υψηλότερη τάση κυττάρων.
5. Ιωνική δύναμη και ιοντικά είδη σε διάλυμα:
- Η παρουσία άλλων ιόντων στο διάλυμα ηλεκτρολύτη μπορεί να επηρεάσει τους συντελεστές δραστικότητας των αντιδραστηρίων και των προϊόντων, επηρεάζοντας την τάση. Η προσθήκη αδρανών ηλεκτρολύτες (όπως το KNO3) μπορεί να διατηρήσει μια υψηλή ιοντική αντοχή και να ελαχιστοποιήσει τις μεταβολές των συντελεστών δραστηριότητας, οδηγώντας σε πιο σταθερές μετρήσεις τάσης κυττάρων.
6. Ηλεκτρόδιο αναφοράς:
- Το ηλεκτρόδιο αναφοράς (συνήθως το τυπικό ηλεκτρόδιο υδρογόνου ή SHE) παρέχει ένα σταθερό δυναμικό έναντι του οποίου μετράται το δυναμικό του άλλου ηλεκτροδίου (το ηλεκτρόδιο εργασίας). Το ηλεκτρόδιο αναφοράς βοηθά στη διατήρηση ενός σταθερού δυναμικού και επιτρέπει ακριβείς μετρήσεις.
7. Σχεδιασμός κυττάρων:
- Παράγοντες όπως η απόσταση μεταξύ των ηλεκτροδίων, ο τύπος του χρησιμοποιούμενου ηλεκτρολύτη (υδατικό ή μη υδατικό), τα υλικά ηλεκτροδίων και ο σχεδιασμός των κυττάρων μπορούν επίσης να επηρεάσουν την τάση του βολταϊκού κυττάρου.
Συνοπτικά, η τάση ενός βολταϊκού κυττάρου προσδιορίζεται από τα τυπικά δυναμικά ηλεκτροδίων των μισών κυττάρων, τις συγκεντρώσεις των αντιδραστηρίων και των προϊόντων, τη θερμοκρασία, την επιφάνεια των ηλεκτροδίων, την παρουσία άλλων ιόντων σε διάλυμα, την επιλογή του ηλεκτροδίου αναφοράς και του συνολικού κυτταρικού σχεδιασμού.
