Потенциала на електрохимичната система. Електрохимия

Лекция 15.

1. Концепцията за електрохимия. Атомите се състоят от заредени частици - ядки (+) и електрони (-), но като цяло те са електронни. Наличието на електрически заряди може да не остане забележимо. Но понякога сме изправени пред електрификацията. Битка, но косата по главата ще отлети. Дрехите се придържат към тялото и дори чуха пукане на електрически зауствания. Това открива един универсален феномен - появата на електрически заряди на границите на фазовия участък. Контактните повърхности понякога спонтанно, понякога с цената на работата (чрез заобикаляне на триене), се закупуват противоположни електрически заряди. В допълнение към очевидните примери, повърхностните заряди са причинени от електрически ток в батерии; работата на топлоелемента; Такси за мембрани нервни клетки гарантират извършването на нервни импулси; Такси за нано частици стабилизират диспергираните системи и др. Името на самата електроенергия произхожда от способността на кехлибар до електрификация (гръцки хлетъру - кехлибар.)

Секцията на физическата химия, в която се изследва връзката между химически и електрически явления, наречена електрохимия. Основните проблеми на електрохимията са появата на електрически явления при химични реакции и потока от химични реакции, когато са изложени на електричество.

Двама италиански лекари, Луиджи Галвани (1737-1798, Болоня) и Алесандро Волта (1745-1827) се считат за основатели на електрохимия. В корена галвано В BME има 15 статии.

Galvanokausty.

Галванизация

Галванотропизъм и др.

Името на галваничния елемент идва от името на галвана.

Електрохимичната система е хетерогенна система, при която се наблюдава електрически ток, дължащ се на спонтанна реакция (галваничен елемент) или реакцията, която не е проучваща се поради цената на електрическата работа (електролизер). Възможно е да се удвои системата: в зареденото състояние, тя действа като източник на ток и в процеса на зареждане като електролизер. Това устройство се нарича батерията. Всички любознателни хора знаят.

Електрохимичната реакция е реакция, придружена от прехвърлянето на такси през границата на фазовото дял.

2. разновидности на повърхностните потенциали. В зависимост от естеството на фазите на контакт, има няколко разновидности на повърхностните потенциали.

- Потенциал за контакт възниква на границата на раздела на два метала. В случай на контакт цинк и мед, цинк, по-лек от зареждащите електрони се зареждат положително, а медът е отрицателен. Излишните заряди са концентрирани върху повърхността на металната секция, образувайки двоен електрически слой.

Ако такъв биметал е потопен в киселина, тогава EDONS възстановява йони Н + напускат от повърхността на медта и в същото време цинковите йони от повърхността на метала се движат в разтвор:

- Дифузионният потенциал настъпва на границата на разделянето на два течни електролита. Те могат да бъдат разтвори на едно вещество с различни концентрации или разтвори на различни вещества или разтвор и разтворител. Очевидно е, че такава нестабилна граница. Разстъпва се разпространението на йони, което води до появата на потенциалната разлика. Да предположим, че системата се състои от разтвори на калиев хлорид и хлорид хлорид със същата концентрация от 1 mol / l. Дифузията на К + йони в разтвора на НС1 и противоположната дифузия на Н + йони в KCL разтвор. Дифузията на водородните йони се осъществява с по-голяма скорост (посоката е показана по-дълга стрелка), в резултат на което, от страната на KCL разтвора, има излишък от положителен заряд и отстрани на киселинния разтвор - отрицателен. Има скок в потенциала на φ diph.

- мембранният потенциал настъпва върху мембраната, характеризираща се с селективна пропускливост по отношение на йони от различна природа. Представителство на разтвори на хлорид с различни концентрации, разделени от мембраната, преминаваща хлорните йони, но не предавайки натриеви йони. След това определен брой клъчки - от разтвор с по-голяма концентрация ще бъдат прехвърлени в разтвор с по-малка концентрация. Останалите излишък на Na + йони привличат Cl - и спира прехвърлянето през мембраната. Създаден е определен повод на потенциала, съответстващ на равновесната държава.

- Потенциалът на електрода се осъществява на границата на металната секция (проводник на 1-ви рода) - електролитът (проводник на 2-ри род). Потенциал на електрода най-голямата стойност В електрохимията, тъй като работата на източниците на химически тока се основава на това явление. Системата, състояща се от метал и електролит се нарича електрод. След това ще говорим за редица разновидности на електродите. Сега, като пример, помислете за йонометален електрод (електрод 1-ви род) cu / cu 2+. Металната медна плоча е потопена в разтвор на медна сол, например, CUSO 4. Електродът е условно написан от символа CU. | Cu 2+, където под вертикалната характеристика се има предвид повърхността на металната и електролитната секция.

Концентрацията на медни йони в метала и съответно техният химичен потенциал е по-висок, отколкото в разтвора. Следователно, определен брой CU 2+ йони се движат от повърхността на метала в електролита. На метал остава излишни електрони. От електролитната страна до металната повърхност, йони се привличат с положителни заряди. Възниква двоен електрически слой (des). В резултат на движение на йони в разтвора, определен брой йони се отстраняват от повърхността, докато в дифузионния слой. Равновесието е настроено на бърз скок в двойния електрически слой. Този скок на потенциал J се нарича електроден потенциал.

Помислете, от което зависи степента на потенциала на електрода. Разделянето на таксите в DES означава цената на електрическата работа и прехвърлянето на частици на веществото под формата на йони от метала в разтвора е спонтанен химичен процес, който се преодолява електрическата опозиция. В състояние на равновесие

W el \u003d -w chem

Ние трансформираме това уравнение за един мол от мен z + метални йони (в нашия пример той cu 2+):

където Е. - постоянен Faraday 96485,3383 KL · MOL -1 (според последните данни). Във физическо значение, тази такса 1 mol от елементарни заряди. Метална йонна активност а.(Аз. Z. +) В случай на достатъчно разредени разтвори могат да бъдат заменени с концентрация от(Аз. Z. +). Разделяне на писмено изразяване zF. Получаваме уравнението за изчисляване на потенциала на електрода:

За но(Me z +) \u003d 1; J \u003d J O \u003d DG ° / ZF. Ние произвеждаме заместване:

Това уравнение се нарича уравнение на Nernst. Според това уравнение, потенциалът на електрода зависи от дейността (концентрацията) на електролитни йони а.(Аз. Z. +), Температури Е и природата на системата IU / ME Z. +, което се разбира в стойността на стандартния потенциал на електрода J o.

Вземете за сравнение друг електрод, получен чрез потапяне на цинковата плоча в разтвор на цинков сулфат, обозначен със ZN | Zn 2 + символ:

Цинк по-активен метал от мед. От повърхността на метала в електролита се превключва по-голям брой Zn 2+ йони и остава по-големи излишни електрони (други неща са равни). В резултат на това се оказва това

j O (Zn 2+)< j о (Cu 2+)

В серия от известна дейност, металите се намират в увеличение на стандартните електрически потенциали.

3. галваничен елемент

Помислете за системата, съставена от два електрода - мед и цинк. Електролитите са свързани чрез извита тръба, напълнена с разтвор на калиев хлорид. Чрез такива мостови йони могат да преместят йони. Мобилността на K + и Cl йони е почти еднаква и по този начин свежда до минимум потенциала за дифузия. Металите са свързани чрез меден проводник. Контакт между метали, ако е необходимо, можете да се подстроите. В веригата може да се постави и волтметър. Тази система е пример за галваничен елемент или източник на химичен ток. Електроди в галваничен елемент, наречен полу-елементи.

С отворен контакт между метали на границите на металната електролит се установяват равновесните стойности на електродните потенциали. Химичните процеси в системата отсъстват, но има потенциална разлика между електродите

Δφ \u003d J O (CU 2+) - J O (Zn 2+)

С затворен контакт, електроните започват да се движат с цинкова плоча, където тяхната повърхностна концентрация е по-голяма и потенциалът по-долу, върху медната плоча. Потенциалът за мед намалява и цинкът се увеличава. Равновесието беше нарушено. На повърхността на мед, електроните реагират с йони в двоен електрически слой, образувайки атоми:

Cu 2+ + 2e - \u003d cu

Медният потенциал отново се приближава към равновесието. На повърхността на цинка, липсата на електрони се попълва с прехода на йони в двоен електрически слой и от него към електролита:

Zn \u003d Zn 2+ + 2E -

Потенциалът на цинк отново се приближава към равновесието. Процесите на електродите поддържат потенциалната разлика между тях, а потокът на електрона не спира. Във веригата има електрически ток. В полуелемента на мед, медът се утаява върху металната повърхност и намалява в концентрацията на CU 2+ йони в разтвора. В полуелемента на цинка металната маса намалява и в същото време концентрацията на ZN 2+ йони в разтвора се увеличава. Галваничният елемент работи, докато проводникът е затворен, а изходните компоненти не се консумират - метален цинк и медна сол. Сгъване на реакциите, които се случват на електродите, получаваме общото уравнение на реакцията в галваничния елемент:

Zn + cu 2+ \u003d zn 2 + + cu, δ r Х. \u003d -218,7 kJ; Δ R. Г. \u003d -212,6 kJ.

Ако същата реакция се извършва при нормални условия между цинк и меден сулфат, тогава цялата енергия се освобождава под формата на топлина, равна на 218, 7 kJ. Реакцията в галваничния елемент дава електрическа работа от 212.6 kJ и само 6.1 kJ остава за дела на топлината.

Потенциалната разлика между електродите в галваничния елемент е измерената стойност електромотиви, EDF. Това е положителна стойност:

Потенциалите на електродите и елемента EMF не зависят от размера на системата, но само от материали и условия. Ето защо текущите източници имат различни размери, в зависимост от целта, която виждаме на наличните батерии. Електродите за практически и научни измервания могат да имат микрораздели, които позволяват да бъдат въведени в клетка за измерване на мембранните потенциали.

Дискредитираният галваничен елемент в стандартното състояние има EMF \u003d 1.1 V.

EMF \u003d | J O (CU 2+ / CU) - J O (ZN 2+ / ZN) | \u003d 1.1 V.

Прилага се следващият конвенционален запис на галвалогичната верига:

катод

анод

- ZN | Zn 2+ || CU 2+ | Cu +.

Анодът е електрод, на който идва окислението.

Катодът е електрод, на който се възстановява възстановяването.

Разликата в потенциала на електродите се измерва чрез волтметър, но потенциалът на електрода на отделния електрод е невъзможно да се експериментално. Следователно, потенциалът на условно избрания електрод се приема за нула, а потенциалът на всички останали електроди експресират по отношение на него. Стандартен водороден електрод се приема като нулев електрод. Състои се от платинена плоча, покрита с платина мобилен, и се спуска до киселинен разтвор, в който водородът се пропуска под налягане от 101.3 kPa. Електродът е написан, както следва:

По споразумение, jº (pt, h 2 | H +) \u003d 0 V.

Ако водородният електрод в изучаването на жлъчния елемент е катод, след това вторият електрод в този елемент е анод, а неговият потенциал е отрицателен. В обратния случай, когато водородният електрод се оказа анод, вторият електрод има положителен потенциал (катод). В редица дейности, водородните метали са между метали с отрицателни и положителни стандартни потенциали. Стандартните потенциали на електрода, изразени спрямо водородния електрод, са дадени в таблиците. Можем на масата да намерим потенциала и да изчислим ЕМП на мед-цинков галваничният елемент:

j O (cu 2+ / cu) \u003d +0.34 V; J O (Zn 2+ / Zn) \u003d -0.76 V; EMF \u003d 0.34 V - (-0.76 V) \u003d 1.1 V.

Химичният потенциал на неутралния компонент е функцията на температурата, налягането и химичния състав на фазата, в която се намира. Химичният потенциал се определя, както следва: \\ t

където g е свободната енергия на Гибс и е свободната енергия на Helmholtz, U - вътрешна енергия, i - enthalpy, s - ентропия, v - обем, t - температура, налягане. По време на измерванията разликата в химическите потенциали в различни термодинамични състояния винаги се определя и никога - абсолютната стойност на химичния потенциал в това състояние. Въпреки това, когато табулиране на резултатите е удобно да се придаде някакво количество от всяко термодинамично състояние. Това може да се направи чрез приписване на произволна стойност към химичния потенциал в някои състояния и определяне на нейната стойност в друга държава, като се сравнява с това стандартно състояние.

Например, химическите потенциали на чисти елементи и налягане в една атмосфера могат да бъдат взети равни на нула. Веднага след като стандартното състояние е точно установено и стойностите на химическите потенциали в други държави са представени, експерименталните резултати стават недвусмислени. Ще се върнем към този проблем, когато обсъждаме данните за електрохимичните клетки.

Електрохимичният потенциал на йона се въвежда от страна в две фази, разликата в стойностите му в двете фази се определя като работа върху обратимия трансфер на един грам-йон от една фаза към друга при постоянна температура и обем . Тя зависи от температурата, налягането, химичния състав и електрическото състояние на фазата. Все още е необходимо да се разберат колко добре се определят тези независими променливи. Обмислете следните случаи, при които може да се появи прехвърлянето на йони:

1. Постоянна температура и налягане, същите химични състави на фазите. Разликите между фазите могат да имат само електрически характер.

а) да прехвърлят един грам-йонна компонент I от фазата към фазата и операцията по прехвърляне е равна на

където разликата между двете фази може да се характеризира с разликата в електрическите потенциали както на фазите (второ съотношение).

б) да прехвърлят грам-йони на компонент 1 и грам-йони на компонент 2, при условие че

прехвърлянето на прехвърлянето е нула. Такива електрически неутрални комбинации от йони не зависят от електрическото състояние на фазата и този факт може да се използва за проверка на горното определяне на потенциалната разлика. Тъй като за неутрални комбинации, пълната трансферна операция ще бъде нула, така че да се извърши равенство (13-3), ние имаме

Ако приложите равенство (13-2) към йонния компонент 1, тогава можете да комбинирате равенство (13-2) - (13-4) и изразявате разликата

електрохимични потенциали на йонния компонент 2 във формата

Следователно разликата в електрическите потенциали се определя от равенство (13-2), не зависи от това коя от двата заредени компонента (1 или 2) се използват в равенство (13-2). В този смисъл разликата в електрическите потенциали се определя правилно и съвпада с обичайното представяне на потенциалната разлика.

2. Постоянна температура и налягане, различни химични състави на двете фази. При прехвърляне на неутрални комбинации от йони, които отговарят на равенството (13-3), зависимостта от електрическото състояние на която и да е от фазите липсва. Така работата на прехвърлянето ще зависи от разликата в химическите композиции. Работата на прехвърлянето на заредения компонент ще бъде дадена на равенството.

но е невъзможно да се изрази просто чрез разликата в електрическите потенциали, тъй като химическата среда на преносимия компонент ще бъде различна и в двете фази.

Трябва да се отбележи, че количествената характеристика или мярка за разликата в електрическите състояния на двете фази с различна химичен състав. Възможно е (и дори целодневно за някои изчислителни цели), за да се определи такава електрическа променлива, но неизбежно е свързана с елемент на произвол и не е значителен за разглеждане на термодинамични явления. Няколко различни начина на такова определение са обсъдени в Гл. 3. Обичайното определяне на електрическия потенциал се основава на електростатиката, а не върху термодинамиката, така че използването на електрохимични потенциали е по-подходящо.

Интерес представлява въпросът за състоянието на фазата, както и дали двете фази са в едно и също състояние. Ако двете фази имат различни състави, тогава въпросът дали са в една и съща електрическа държава, по отношение на термодинамиката е неумедено. От друга страна, ако и двете фази са химически идентични, тогава количествено описват техните електрически състояния по начин, който съвпада с обичайното определяне на потенциала.

В химическата термодинамика за характеризиране на свойствата на системите, които не съдържат заредени частици, и в която промяната в състава възниква в резултат на потока на химични реакции или фазови трансформации, използвайте фундаменталното уравнение на Гибс, изразено чрез характерна функция:

къде - химическият потенциал на реагента и е безкрайно малка промяна в броя на този реагент.

При разглеждане на явления в хетерогенни системи е необходимо да се разгледа каква фаза включва стойности ,,,,,, Принадлежността към определена фаза се обозначава с горния индекс, например. Равновесно състояние в хетерофазичната система при постоянна температура и налягане (T и P-const) е равенството на химическите потенциали, където химическите потенциали на неутралното вещество в две съжищени фази.

Ако компонентът е заредена частица, тогава нейното състояние също зависи от величината на електрическото поле. При преместване на заредени частици във фазата в електрическото поле, масовият трансфер на компонента е свързан с прехвърлянето на заряд. Основните уравнения на Гибс в този случай трябва да бъдат:

къде - - вътрешния потенциал на всяка фаза, т.е. вътрешния потенциал на частта от системата, в която се намира тази частица.

Вътрешният потенциал е работата по прехвърляне на един отрицателен въображаем заряд от безкрайно отдалечена точка А, която е под вакуум до точка в проводимата фаза.

Терминът "въображаем" предполага, че това устройство за единица реагира само на външно електрическо поле и не взаимодейства със средата.

Тъй като, където - таксата е йон, като се вземе предвид знакът за зареждане; - постоянен фарадей, - броят на белите i.-ХО вещества, след това след трансформациите, получаваме:

Всички деривативи на Гибс на генерализирани координати имат смисъл на обобщени сили. Следователно, това е обобщена сила в явленията на прехвърлянето на заредени частици в електрическото поле. По аналогия с химическия потенциал, за електрохимични системи, стойността

Наречен електрохимичен потенциал .

При преместване на една молитва на реални заредени частици (с заряд) от безкрайност във вакуум в проводящата фаза (например фази), изходната операция се състои от две части: електростатичен равен и химичен, поради взаимодействието на истински частици с дадено взаимодействие Фаза, т.е. химичният потенциал на компонента във фаза.

Фундаменталните уравнения на Gibbs ще бъдат записани:

Помислете за равновесието на границата на фазовия дял. Да предположим, че на границата на секцията на фазата се появява електрохимична реакция (електродната реакция)

където и е стехиометричен коефициент i.-го или йон (за изходни материали, стехиометрични коефициенти вземат отрицателни стойности и за реакционни продукти - положителни), z. - общ брой електрони, участващи в реакцията на електрода (полу-ресурс).

Когато течаща химическата реакция, броят на отделните реагенти се променя пропорционално на техните стехиометрични коефициенти в реакционното уравнение. Взаимна пропорционалност на D n I. Тя може да бъде изразена от комбинацията от уравнения:

По този начин преразпределението на количествата на всички вещества в системата може да бъде изразено с помощта на една променлива, която е посочена. х. и се обади химична променлива. Диференциалът на химическата променлива се определя, като се използва някое от уравненията по-горе:

д. n I. = n I. Д. х.;

След това обмисля този израз за d Г. Получаване

д. Г. = – С.д. T. + В.д. пс. + . (3.5)

При постоянна температура и постоянно налягане, равновесното състояние в системата е минимум на Gibbs Energy. Това означава, че за равновесната система

В това уравнение се сумират електрохимичните потенциали и стехиометричните коефициенти на всички участници в електрохимичната реакция, независимо от коя фаза те са.

Равновесието върху електрода се характеризира с равенство на електрохимичните потенциали на компонентите във всички фази. В случай на неравенство, преходът на заредените частици се осъществява чрез границата на фазовото дял, което е причинено от желанието на системата до термодинамично равновесие. В резултат на това салдото на електрическите такси във всяка фаза, металът и решението придобиват електрическия заряд и потенциалният скок възниква на границата на техния дял. С други думи между тях фазите на електрода се срещат определена разлика в зависимост от естеството на компонентните електрически компоненти, техните концентрации и стойности на външни термодинамични параметри..

Този потенциален конни надбягвания се нарича галваничен потенциал (електроден потенциал) и е посочен. Галвани потенциалът се определя от разликата във вътрешните потенциали на двете фази :. \\ T

Фиг. Възникването на раса на потенциала (галванизиране) на границата на секцията Фаза и фаза.

Помислете за механизма на появата на състезанието на потенциала върху примера на най-често срещаните електроди с границата на металния разтвор на фаза. Има такива метали, които ако се пропуснат във вода или в разтвор, металните йони се движат в повърхността на водата или разтвора чрез реакцията в съседство на повърхността.

Този преход възниква в случай, че електрохимичният потенциал на металния йон в кристала е по-голям от електрохимичния потенциал на солватиран йон в разтвора. Металът може да бъде представен, състоящ се от положително заредени метални йони и относително свободни електрони. Като преход към йони към решението, състоянието на системата постепенно се променя. Металът придобива отрицателен заряд, чийто величина се увеличава като електрохимичната реакция. В това отношение е намален електрохимичният потенциал на металните йони на повърхността. Броят на йони в разтвора се увеличава и техният електрохимичен потенциал се увеличава поради отблъскването на същите имена на йоните. В резултат на това скоростта на прехода на йони в разтвора намалява и скоростта на обратния процес - преходът на йони от разтвора на метала се увеличава. И накрая, това условие се случва, в което скоростта на двата процеса стават еднакви, т.е. в системата се случва равновесие. В същото време металът придобива отрицателен заряд, който съответства на определен потенциал, и в разтвора се образува излишък от катиони, които се държат на повърхността на металния електрод в резултат на експлоатацията на електростатичните сили и Този слой съответства на неговия потенциал. Тези потенциали се наричат вътрешни потенциали И посочете къде индексът показва коя фаза е потенциалът. В резултат на това, на границата на фазовия участък, металът - се образува решението, т.нар двоен електрически слой което съответства на определена потенциална разлика, наречена галвани-потенциал -

(напр.).

За да се определи величината на галвуапания потенциал, възникнал на границата на фаза дяла и е необходимо да се определи експериментално разликата в електрохимичните потенциали в тези фази. От тогава

От уравнението следва, че измерването на галваничния потенциал между точките в различни фази е възможно само при условие за равенство на химическите потенциали на вещества в различни фази, т.е. с. В този случай получаваме:

От това следва, че в интерфейса на двете фази на различни състави е невъзможно да се определи експериментално галваничният потенциал.

Размерът на галваничния потенциал зависи от свойствата на фазите, образуващи границата на дяла и върху концентрацията на йони в разтвора.

Като цяло, за електрохимична реакция

предаване на границата на фаза дяла, равновесното състояние, в съответствие с (3.6), ще бъде записано:

къде и зарежданията на частици от окислени и редуцирани форми и - потенциалите на фазите, съдържащи окислената и намалена форма на веществото. След като конвертирате уравнението, получаваме:

В съответствие с баланса на таксите,

където е общата такса за йоните, участващи в реакцията във фазата, съдържаща намалената форма на вещество, и общия заряд на йоните, участващи в реакцията във фазата, съдържаща окислената форма на веществото. За произволни течни и солидни разтвори, химически потенциал i.Компонентът се изразява чрез своята дейност чрез уравнението. Като се има предвид това - галванични потенциал, получаваме:

Тъй като стандартният химичен потенциал на компонента равно на стойността Неговата стандартна енергия на Гибс, ние получаваме

й.°

където й.° - стандартен потенциал на електрода; R. - Универсална газова константа;

T. - температура, k; Е. - постоянен фарадей; - броя на електроните, участващи в процеса на електрода; И - дейността на окислени и възстановени форми.

Полученото уравнение се нарича уравнение на Nernst. Стандартен потенциал на електрода й.° е характеристиката на стойността на всеки процес на електрода, който също зависи от температурата и естеството на разтворителя. Стандартният потенциал на електрода е равен на потенциала на електрода, в който съотношението на активността на всички участници в реакцията на електрода е равно на едно. Уравнението на Nernst обвързва стойността на потенциалната разлика между фазата на електролитния разтвор и фазата на проводника от първия вид с дейността на компонентите, участващи в реакцията на електрода.

Като пример за създаването на електрохимично равновесие, ние разглеждаме най-простия случай - равновесие върху металната граница с разтвор, съдържащ йони на този метал. Електродът ще изтече следната електрохимична реакция:

Равновесието се установява в резултат на прехода на метални йони от обем на разтвор за метал и гръб, при условие че при равенство (3.6).

Комбиниране на всички постоянни стойности в една сума - й.° стандартен електрически потенциал, Получаваме израз за потенциалната разлика между фазите, съставляващи електрод:

Комбинацията от константи R, F и температура (RT / F) често се среща в електрохимични уравненияШпакловка Той има измерението на напрежението. Общоприето е да го обозначи като B 0. Често уравнението на Nernst е написано чрез десетични логаритми. Преходът към десетични логаритми се извършва чрез умножаване на B 0 до LN10 \u003d 2.3 (този продукт се обозначава като б). При 298 до стойността B 0 и B, съответно, равни:

Стойностите на постоянната В при други температури могат лесно да бъдат изчислени.

Трябва да се отбележи, че в общия случай, при записване на уравнението на Nernst, само тези стойности, които могат да варират под логаритъм. Така при записване на уравнението на Nernst за различни случаи Необходимо е да се следват няколко правила, свързани с използването на експресия (3.9) за различни видове Електроди:

1. активността на чистите компонента, образуващи отделна фаза на постоянен състав (като правило, те са твърди вещества) се вземат равни на един.

2. активността на разтворителя е равна на една.

3. Вместо активността на газообразните вещества, уравнението включва относително частично налягане на тези газове върху разтвора. Налягането е относително стандартно (1 bar \u003d 10 5 pa), така нататък. Тази стойност е безразмерна, въпреки че числено съвпада с частичното налягане на газ, експресиран в барове.

Използването на частично налягане е валидно за случай на не много високо налягане (около няколко бара). В случай на високо налягане е необходимо да се използва газовата бестралност.

Електродни процеси. Концепцията за състезателни потенциали и електромоторни якост (ЕМП). Електрохимични вериги, галванични елементи. Стандартен водороден електрод, стандартен потенциал на електрода. Класификация на електрохимичните вериги и електроди.

Лекция 9.

Взаимната трансформация на електрически и химични форми на енергия се осъществява в електрохимични системи, включително:

ª Вторични проводници - вещества със йонна проводимост (електролити).

ª Проводници от първия вид - вещества с електронна проводимост.

При интерфейса на двете фази се прехвърля електрическият заряд, т.е. Има потенциален скок ().

Извиква се системата, състояща се от контакт с проводници от първия и втория вид електрод.

Наградени са процеси на границата на секциите на фазите на проводниците I и II от вида в електродитеелектродни процеси .

Електродът е система, състояща се от най-малко две фази.

Помислете как се случва потенциалната повреда - потенциал за електрода - на границата на метала-разтвора на солта на този метал. При потапяне метална плоча в солев разтвор, някои от металните йони от повърхността на плочата могат да отидат до разтвора, в непосредствена близост до повърхността на плочата. Металът се зарежда отрицателно и възникващите електростатични сили възпрепятстват допълнителния поток на този процес. Системата установява равновесие. Възможна е обратният процес на прехода на метални катиони от разтвора на плочата. Тези процеси водят до появата на двоен електрически слой и скок в потенциал.

Посоката на процеса на прехвърляне на метални йони се определя от съотношението на електрохимичните потенциали на йони () в етапа на разтвора и кондензираната фаза. Процесът преминава към изравняване на електрохимичните потенциали в двете фази.

Електрохимичният потенциал се състои от два термина

m chem. - химически потенциал, който характеризира химическия отговор на промяната в околната среда на тази частица.

m ел - електрически компонент на електрохимичния потенциал или потенциалната енергия на електрическото поле, което характеризира отговора на електрическото поле.

За определено разнообразие от заредени частици (I)

z I. - такса за йон,

– вътрешен потенциалСъответства на работата на прехвърлянето на елементарен отрицателен заряд от безкрайност във вакуум във вакуум на фазата.

Равновесна електрохимична система Характеризира се с равенството на електрохимичните (и не химични) потенциали на заредени частици в различни фази.

В равновесната система, решението (i) / метал (II), ние имаме:

В не-равновесна система, работата на прехвърлянето на един Mol-eq. йони от фаза I във Фаза II е равна

От тогава

В равновесие, като се вземе предвид (1), имаме:

къде е скок на границата на фазовия раздел (абсолютен електрод). Обозначаваме

където - купчината на потенциала на границата на фазовия секция, когато а I. = 1 (стандартен потенциал на електрода).

Стандартният потенциал е характерна характеристика на този процес на електрода. Тя зависи от температурата и природата на електрод. Тогава за електрод от тип Me Z + / Me:

Потенциалният скок възниква на границата на разделянето на два решения, е потенциалът за дифузия.

Като цяло (за всякакъв вид електроди):

или за 298 k

Трябва да се помни, че ако газовете са обучени в реакцията на електрода, активността е равна на частично налягане; за кондензираната фаза на постоянния състав на състава, но=1.

Уравнения (1), (2), наречени уравнения на Nernst. за потенциал за електроди. Разликата на електрическите потенциали може да бъде измерена само между две точки от една и съща фаза, където μ I. = конст.. Когато елементарният заряд се премества между две точки в различни фази, с изключение на електрическата работа трябва да се извърши работа, свързана с променянето на химическия заряд. Стойността на този химически компонент на работата не е податлив на дефиниция, така че абсолютната стойност на потенциала на електрода не е възможна. Експериментален начин може да определи само стойността на галваничния елемент, състоящ се от два електрода.

Правила за записване на електроди и електрохимични вериги.

Системите, състоящи се от два или повече електрода, свързани по специален начин и могат да произвеждат електрическа работа, т.е. служат като източник на електрическа енергия, се наричат галванични елементи.

Електрическа мощност на галваничен елемент (EMF GE) Това е сумата от скокове на потенциала на електрода върху всички граници на фазовото дял в равновесното състояние (ток във външната верига е нула).

а) За електродите се приемат следните регламенти на записа: веществата в разтвора са посочени вляво от вертикалната характеристика, веществата, образуващи другата фаза (газ или твърдо вещество), са определени вдясно.

Ако една фаза съдържа няколко вещества, техните знаци са разделени със запетая.

Например,

Уравнението на реакцията на електрода за отделен електрод е написан така, че веществата в окислени и електрони да бъдат разположени отляво, от десните вещества в възстановената форма:

б) при записване на галванични елементи отляво, електрод има по-отрицателен потенциал; Разтворите на двата електрода са отделени един от друг с вертикална пунктирана линия, ако са в контакт помежду си и две твърди линии, ако соленият мост е разположен между разтвори, например, наситен разтвор, с който дифузията потенциалът се елиминира. По този начин, дясното винаги е посочено положително заредено електрод, отрицателно заредено.

Електрод , кои потоци окисляващ процес, Наречен анод ().

Електрод, на който тече процес на възстановяване, Наречен катод ().

Реакциите на катода и анода се наричат електродни реакции.

Общият химически процес, протичащ в галваничния елемент, се състои от електродни процеси и се изразява от уравнението:

Ако процесите на електрода и химическата реакция в галваничния елемент могат да бъдат проведени в директното (когато елементът) и обратната (когато електрическият ток се пропускат през елемента) посоки, след това се наричат \u200b\u200bелектродите и галваничният елемент обратим.

В бъдеще ще бъдат разгледани само реверсивни електроди и галванични елементи.

Респираторната верига е комбинация от реакции на червени бикове, в резултат на което Н2 и електроните се прехвърлят в O2 с освобождаването на H2O и енергия. Като резултат окислителни реакции В цикъла на Кребс, катализиран от дехидрогеназите, протони и електрони се прехвърлят от органични субстрати върху кофокарите над и присвоите, възстановявайки ги до nadn iphadn2. Тези вещества имат висок енергиен потенциал. Електроните се предават на O2 C / S Red-Ox реакции. Окисление органични вещества Клетките, придружени от потребление O2 и образуването на Н20 се нарича дишане на тъкани и верига за трансфер на веригата на електронната респираторна верига.

Молекулите на NAPN и FADN2, образувани в окислителните реакции на въглехидрати, мастни киселини, алкохоли и AK, са допълнително записани в митохондриите, където ензимите на дихателната верига се извършват чрез процеса на окислително фосфорилиране.

Респираторната верига е част от окислителния фосфорилиращ процес. Компонентите на дихателната верига катализират прехвърлянето на електрони от наф + Н + или редуциран сбикоин (QH2) към молекулен кислород. Благодарение на високата разлика в потенциала за окисление и намаляване на донора (NAD + H + и, съответно, (QH2) и акцептора (O2), реакцията е висока гнезда. По-голямата част от освободената енергия се използва за създаване на Proton градиент и, накрая, за формиране на АТФ с помощта на АТР-синтаза.

Принцип на експлоатация на дихателната верига:

1) FDAP и FADN2, оформени в отговорите на катаболизма и FADN2 предавателни водородни атоми (т.е. водороден протони и електрони) към ензимите на дихателната верига.

2) Електроните се движат по ензимите на дихателната верига и губят енергия.

3) Тази енергия се използва за изпомпване на протони Н + от матрицата в интермембранно пространство.

4) В края на дихателната верига електроните падат върху кислород и го възстановяват на вода.

5) N + протоните са склонни да се връщат в матрицата и преминават през АТР синтаза.

6) В същото време те губят енергия, която се използва за синтезиране на АТР.

Така, намалените форми над и прищялите са окислени от ензимите на дихателната верига, поради добавянето на фосфат към ADP, т.е. Фосфорилиране. Следователно целият процес се нарича изцяло окислително фосфорилиране.

Цялата верига за трансфер на електрон включва около 40 различни протеина, които са организирани в 4 голям мембранно-свързан многомерен комплекс. Има и друг комплекс, участващ в прехвърлянето на електрони, но синтезиращ АТР.

В дихателната верига има 2 входа: 1. протоните идват във веригата на C / S Nadn; 2. Като част от FADN2

Характеристики на компонентите на дихателната верига (ензимни комплекси):

1) Nadn-дехидрогеназа (NADN-KOQ-оксидоредуктаза) - интегрирана във вътрешната мембрана митохондрия. Това е благодат-зависим ензим, който включва витамин В2. Комплекс има 2 менически групи: FMN (Flavinmonucleotide - активна форма. Витамин В2) и мотолни протеини (FES протеини). Фитомите, включени в центровете на FES, са Notheminov (не са включени в скъпоценен камък). Активният център на APDG е обърнат към Mitochondria Matrix. NPDG е правилно правилно (разцепени H2) и предава протони и електрони на FMN, а след това FES-центровете на COF (възстановени и се превръщат в Koqn2 или UbiquiNol).

Функция: а) приема електрони от NADB и ги прехвърля до коензим Q (убиквиньон).

б) прехвърля 4 йони Н + към външната повърхност на вътрешната митохондриална мембрана.

2) koq (убиквиньон) - не-разтоварващи носител, е в разтворено състояние, защото е дебел разтворим (разтворен в липидния слой на мембрани). Следователно, тя може да се движи както по време на мембраната (не заредена). Затова приема електроните и протоните от FADN2, т.е. C / S 2-ри вход към дишането. Той се нарича електронен колекционер.

3) цитохром (В, С1, С, А, АЗ) - сложни протеини (хемпротеин), неразкрита част от която е скъпоценен камък, съдържащ FE3 + (окислена форма). Подгъв може да приеме и да даде електрони.

4) Ubiquinoldg (C-Q-Oxidordedase Cochrome) е ензимен комплекс, състоящ се от цитохром В и С1, който включва и FE центрове. Функция:

а) приема електрони от коензим Q и ги предава на цитохром С (докато FE се възстановява до 2x валентност); б) прехвърля 2 йони Н + към външната повърхност на вътрешната митохондриална мембрана.

5) Цитохром С-кислород-оксидоредураза - В този комплекс има цитохроми А и А3, също се нарича цитохромуцелицидаза, общо съдържа 6 полипептидни вериги. Комплексът разполага и с 2 медни йони. Функция: а) взема електрони от цитохром С и ги предава на кислород, за да образуват вода. б) прехвърля 4 йони Н + към външната повърхност на вътрешната митохондриална мембрана.

6) АТР-синтаза - комплекс, състоящ се от множество протеинови вериги, разделени на две големи групи: една група образува FD субединицата (произнася се със звук "O", а не "нула", защото олигомицин-чувствителен) е неговият функционален канал - Разделителна, според нея протоните на водородните протони се втурнаха в матрицата. Друга група образува субединица F1 - неговата функция е катализатна, тя е, използвайки силата на протоните, синтезира ATP.

"Химиосматична теория на сдвояването, окислението и фосфорилацията" Мичъл:

"Прехвърлянето на електрони чрез респираторната верига от NADHD до O2 е придружено от изпомпване на протони от митохондричната матрица С / S вътрешна мембрана в интермамбранно пространство. Прехвърлянето на протони се извършва поради свободната енергия, освободена при прехвърляне на електрони до градиента на редоксиалния потенциал. "

Протоните се връщат в матрицата, защото не могат, защото Вътрешната мембрана митохондрия е непроницаема за тях и за други заредени частици. В резултат на това, "+" обвиненията са насочени към външната страна на вътрешната мембрана и на вътрешния "-". Мембраната възниква разликата в електрическите потенциали (Δψ, "psi delta"). Протоните се натрупват в интермеограменото пространство, рН намалява, т.е. Сряда ще бъде кисело. И в матричните протони по-малко, настъпва градиента на химичния потенциал (ΔRN).  ΔμH + \u003d Δψ + ΔRN (митчеление фирхиминый потенциал).

Най-активният транспорт на протони в интермамбранно пространство се среща в точките на сдвояване, оксия и фосфорилиране. Важна роля в процеса на предаване на транспорта изпълнява Koq. За всяка преносима двойка електрони чрез дихателната верига от NADN до O2 се произвеждат 3 двойки протони. Ако електроните се прехвърлят от FATN2, след това 2 двойки протони. Протоните могат да бъдат върнати на матрицата само по йонни канали на atp-синтазния ензим.

ΔμH + генерирани от протони във всяка от точките на сдвояване се използват за синтезиране на първата молекула на АТР. Синтезираният АТФ отива в матрицата митохондридия.

Ние имаме най-голямата информационна база в Runet, така че винаги можете да намерите заявки

Този материал включва раздели:

Първична протеинова структура. Висока специфичност на протеините. Наследствени промени в първичната структура. Полиморфизъм на протеините. Наследствена протеинопатия: клетъчна клетъчна анемия, д-р примери.

Конформация на протеинови молекули (вторични и третични структури). Видове интрамолекулни връзки в протеини. Ролята на пространствената организация на пептидната верига при образуването на активни центрове. Конформационни промени във функционирането на протеините.

Кватернерни протеинови структура. Кооперативни промени в конформацията на протестиращите. Примери за структурата и функционирането на олигомерни протеини: хемоглобин (в сравнение с миоглобин), аностерични ензими.

Концепцията за ензимите. Специфичността на действието на ензимите. Ензими на кофа. Зависимостта на скоростта на ензимните реакции от концентрацията на субстрата, ензима, температурата и рН. Принципи на количествено определяне на ензимите. Единици на дейност.

Концепцията за активния център на ензима. Механизма на действие на ензимите. Ензимни инхибитори: обратими и необратими, конкурентни. Използването на инхибитори като лекарства.

Регулиране на действието на ензимите: алостерни механизми, химическа (ковалентна) модификация. Протеинови взаимодействия. Примери за метаболитни пътеки, регулирани от тези механизми. Физиологичната стойност на регулирането на ензимите.

Ролята на ензимите в метаболизма. Разнообразието от ензими. Концепцията за класификация. Наследствена първична ензимопатия: фенилкетонурия, алкаптън. Други примери за наследствени ензимопатии. Вторична ензимопатия. Стойността на ензимите в медицината.

Концепцията за катаболизма и анаболизма и техните взаимоотношения. Ендонгкови и упражнени реакции при метаболизма. Методи за предаване на електрони. Характеристики на потока от окислителни реакции в тялото. Етапи на разделяне на вещества и освобождаване на енергия (стъпки

Oxidorduduktase. Класификация. Характеристики на подкласите. Над-зависима дехидрогеназа. Структурата на окислите и възстановените форми. Най-важните субстрати на свръхзависимите дехидрогенази. Прищявка зависими дехидрогенази: сукцинат дехидрогеназа и ацилко-дехидог

Оксидативен декарбоксилиране на цикъла на пируват и Crex: реакционна последователност, респираторна верига, регулиране, стойност.

Респираторна верига, компоненти, структурна организация. Електрохимичен потенциал, неговата стойност.

Оксидативен фосфорилиращ ADP. Механизъм. Конюгиране и несъгласие на окисление и фосфорилиране в дихателната верига. R / 0 коефициент. Регулиране на дихателната верига.

Фосфорилиране на субстрат ADP. Разлики от окислително фосфорилиране. Основни начини за използване на ATP. Adf-atp. Концепцията за свободно окисление и неговото значение. Тъканни характеристики на редокс процесите.

Функции на въглехидрати. Необходимостта от тялото в въглехидрати. Смилане на въглехидрати. Нарушения на храносмилането и изсмукването на въглехидратите. Унифициране на монозахариди. Ролята на черния дроб в обмена на въглехидрати.

Биосинтеза и мобилизиране на гликоген: последователността на реакциите, физическата стойност. Регулиране на гликогенния обмен. Гликогенеза и аггогенеза.

Анаеробно глюкозен разпад: последователност от реакции, физиологична стойност. Ролята на анаеробното разпадане на глюкозата в мускулите. По-нататъшна съдба на млечна киселина.

Аеробно глюкозен разпад: последователност от реакции, физиологична стойност. Ролята на аеробното разпадане на глюкозата в мускулите с мускулна работа. Ролята на аеробната глюкоза в мозъка.

Биосинтеза на глюкоза (глюконеогенеза): възможни предшественици, реакционна последователност. Цикъл на глюкоза-лактат (цикъл на кори) и цикъл на глюкоза-аланин: физиологична стойност. Стойността и регулирането на глюку-неогенеза от аминокиселини.

Пентозофосфат път на трансформация на глюкоза. Оксидативен път на образуване на пентоза. Идеята за неоксидантната пътека на хексоза. Разпределение, роля, регулиране.

Липидни функции. Хранителни мазнини; Дневна консумация, храносмилане, засмукване на храносмилане. Преструвка на мазнините в чревни клетки. Хиломикрони, структура, значение, метаболизъм. Ограничения за промяна на концентрацията на мазнини в кръвта.

Окисление на глицерин и по-високо мазнини. Последователност от реакции. Връзката на β-окисление с цикъла на Krebs и долната верига. Физиологичната стойност на окисляването на мастни киселини, в зависимост от ритъма на храненето и мускулната активност.

Липолиза и липогенеза. Стойност. Зависимостта на липогенезата от ритъма на хранителния и състав състав. Регулиране на липолизата и липогенезата. Транспорт и използване на мастни киселини, образувани при мобилизиране на мазнини.

Биосинтеза на мастни киселини: последователност от реакции, физиологична стойност, регулиране.

Начини на образование и използване на ацетил-koa. Биосинтеза и стойност на кетонните тела. Границите на промените в концентрацията на кетон в кръвта са нормални, с мелитус на гладуване и диабет.

Синтез холестерол, регулиране. Биологична стойност на холестерола. Атеросклероза. Рискови фактори за развитието на атеросклероза.

Липопротеиди на кръвта: характеристики на структурата, състава и функциите на различни липопротеини. Ролята в обмена на мазнини и холестерол. Прехвърляне на промени в концентрацията на мазнини и холестерол в кръвта. Липидна металогия.

Функции на пептиди и протеини. Ежедневна нужда от протеини. Храносмилането на протеините. Регулиране на смилането на протеини. Патология на храносмилането и засмукването на протеините.

Декарбоксилиране на аминокиселини. Неговата същност. Deskarboxylation на хистидин, серин, цистеин, орнитин, лизин и глутамат. Ролята на биогенните амини в регулирането на метаболизма и функциите.

Аминойсов трансаминация. Специфичност на аминотрансфераза. Стойността на реакциите на трансариране. Непряк дезант на аминокиселини: последователност от реакции, ензими, биологично значение.

Образование и начини за използване на амоняк. Биосинтеза на карбамид: реакционна последователност, регулиране. Хиперамонимия.

Обмен на фенилаланин и тирозин. Наследствени нарушения на обмена на фенилаланин и тирозин. Стойността на серин, глицин и метионин.

Креатин Синтез: реакционна последователност, стойност на креатин фосфат. Физиологична крехинурия. Стойността на креатинеин и креатинин в диагнозата.

Нуклеозиди, нуклеотиди и нуклеинови киселини, структура, стойност. ДНК различия и РНК. Нуклеопротеис. Храносмилането на нуклеопротеите.

Катаболизъм на бази пури и пиримидин. Хиперурикемия. Подагра.

Биосинтеза на пиринови и пиримидинови нуклеотиди. Дезоксирибонуклеотидна биосинтеза. Регулиране на тези процеси.

ДНК репликация: механизъм и биологично значение. ДНК щети, повреда на репарацията и грешки при репликацията на ДНК.

Видове РНК: Характеристиките на структурата, размерите и разнообразието от молекули, локализация в клетка, функции. РНК биосинтеза (транскрипция). Структурата на рибозомите и полирибос. Синтез Aminoacil-TRNA. Подложка специфичност на аминоацил-високите синтетази.

Биологичен код. Основните компоненти на дистанционната система. Протеинова биосинтеза. Механизъм. Адаптерът функционира TRNA и ролята на тРНК в този процес.

Регулиране на биосинтеза на протеини. Индукция и репресия на протеинов синтез върху примера на функционирането на лактозната опера на чревната пръчка. Инхибитори на биосинтеза на матрицата: лекарства, вирусни и бактериални токсини.

Хемоглобин. Структура. Синтез и разпадане на хемоглобин. Форми на билирубин. Начини за отстраняване на билирубин и други жлъчни пигменти. Жълтеница.

Протенирани плазмени фракции на кръвта. Функции на кръвните плазмени протеини. Хипо- и хиперпротеинемия, причините за тези държави. Индивидуални плазмени протеини на кръв: транспортни протеини, остра фаза протеини.

Остатъчна азотна кръв. Хумотемия, нейните причини. Уремия.

Основните биохимични функции и чернодробни характеристики.

Връзката на обмена на мазнини, въглехидрати и протеини.

Биохимия на регулацията. Основни принципи и значение. Йерархия на регулаторните системи. Класификация на междуклетъчните регулатори. Централно регулиране на ендокринната система: ролята на либерините, статините и тропините.

Концепцията за рецептори. Механизмът на действие на хормоните чрез вътреклетъчни рецептори и рецептори на плазмените мембрани и втори посредници (общи характеристики).

Инсулин. Изграждане, образование от проинсулин, метаболизъм, регулиране на секрецията. Влияние върху метаболизма.

Диабет. Патогенеза. Диабет метаболитни нарушения. Определяне на глюкозния толеранс при диагностициране на захарен диабет.

Соматотропният хормон, глюкагон и други пептидни хормони. Биологично значение.

Хормони на надбъбречната кора. Синтез, метаболизъм, регулиране на секрецията. Глюкокортикостероиди, ефект върху метаболизма. Хипо и хиперкортицизъм

Изграждане, синтез и метаболизъм на UODTHTHICN. Влияние върху метаболизма. Хипо- и хипертиреоидизъм: механизъм на възникване и последствия

Катехоламини. Синтез, депозит и метаболизъм на катехоламини. Механизъм на действие. Въздействие

Водната функция в тялото. Регулиране на водния обмен с антидиуретичен хормон

Функции на минералите. Регулиране на обмен на сол на алдостерон и предсърдни хормони. Биохимични механизми за развитие на бъбречна хипертония

Регулиране на борса калций и фосфор. Ролята на Paranthormon и Thyreocalcitonin. Витамин Г. Ролята на 1.25-дихидроксикалциферол в регулацията на калций и фосфати. Рики

Витамини Е. К и Убикинтън, тяхното участие в метаболизма

Обмислени и изключителни прилагателни

Буквите n и nn в изключителните прилагателни и причастия. Симптомите, за които може да се определи част от речта (изключително прилагателно или причастие). Разликата между причастието и прилагателното.

Тренировъчна структура. Процес на обучение

Процеса на много години обучение на спортисти. Използването на терапевтична физическа култура. Адаптивна физическа култура и спорт. Общи основи на терапевтична физическа култура.

Околен свят. Действие върху тялото. Отговори на тестови въпроси

Екзема. Етиология. Класификация

Екзема се нарича болестта на повърхностните слоеве на кожата, придружена от полиморфизъм на разпръскването. Етиология. Причините за появата на екзема могат да бъдат външни и вътрешни.

Характеристика на веселата връзка

Завършилите робота. Досега системите на KHUSU Systems Adminіnstoretric Buli се проверява от Vibli Viblobiv, за спечелване на централната магическа магия. Ще бъде ли новата технология І да уреди вибрати вибрати?