2.6 ΣΧΕΣΗ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ ΕΝΕΡΓΟΤΗΤΑΣ e

ΒΡΙΣΚΕΣΤΕ ΕΔΩ:  ΑΡΧΗ > 2. ΗΜΙΣΤΟΙΧΕΙΑ > 2.6 ΔΥΝΑΜΙΚΟ - ΕΝΕΡΓΟΤΗΤΑ e

 Το δυναμικό του ημιστοιχείου και η σχέση του με την ενεργότητα των ηλεκτρονίων

Σε κάθε ημιστοιχείο αποκαθίσταται μια οξειδοαναγωγική ισορροπία, η οποία μπορεί να αποδοθεί με την παρακάτω αμφίδρομη αντίδραση:
 
Η διαφορά από τις αντιδράσεις ισορροπίας που συνήθως έχουν μελετηθεί μέχρι τώρα, είναι ότι στην παραπάνω ισορροπία εμπλέκονται και τα ηλεκτρόνια. Για τη μελέτη της ημιαντίδρασης -αφού είναι ισορροπία-, μπορεί να χρησιμοποιηθεί η σταθερά ισορροπίας Κ , η οποία εξαρτάται από τη θερμοκρασία. Έτσι σύμφωνα με το νόμο δράσης των μαζών η σταθερά ισορροπίας για την ημιαντίδραση είναι της μορφής:
 

όπου αRed, αOx και αe- είναι οι ενεργότητες της αναγμένης, της οξειδωμένης μορφής και των ηλεκτρονίων αντίστοιχα.

Σε μια απλή προσέγγιση, στη θέση των ενεργοτήτων μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τις συγκεντρώσεις, όταν τα διαλύματα είναι πολύ αραιά. Έτσι από την παραπάνω σχέση προκύπτει η
σταθερά ισορροπίας σχετική με τις συγκεντρώσεις:
 
Το πρόβλημα που προκύπτει από τη σταθερά ισορροπίας τη σχετική με τις συγκεντρώσεις, είναι ο τρόπος με τον οποίο μπορεί να μετρηθεί η συγκέντρωση των ηλεκτρονίων αλλά και από ποιούς παράγοντες εξαρτάται.

Είναι προφανές ότι η συγκέντρωση των ηλεκτρονίων στο ηλεκτρόδιο είναι ανάλογη της ποσότητας των ηλεκτρονίων δηλαδή της ποσότητας ηλεκτρικού φορτίου. Η ποσότητα του φορτίου όμως καθορίζει το δυναμικό του ηλεκτροδίου σύμφωνα με τη σχέση Q = CV.

Eίναι προφανές επομένως ότι η συγκέντρωση των ηλεκτρονίων αντανακλάται στο δυναμικό του, το
οποίο εν τέλει αποτελεί μέτρο της συγκέντρωσης των ηλεκτρονίων. Η πραγματική σχέση που συνδέει τη «συγκέντρωση των ηλεκτρονίων» με το δυναμικό του ηλεκτροδίου είναι εκθετική συνάρτηση της μορφής:
 
Η παραπάνω σχέση αν και φαίνεται πολύπλοκη, είναι πολύ χρήσιμη για την εξήγηση πολλών φαινομένων που σχετίζονται με τα γαλβανικά στοιχεία και την ηλεκτρόλυση.

Το πρώτο απλό συμπέρασμα που προκύπτει από τη σχέση αυτή είναι ότι όσο πιο αρνητικό είναι το δυναμικό του ηλεκτροδίου τόσο πιο μεγάλη θα είναι η συγκέντρωση των ηλεκτρονίων που συμμετέχει στον καθορισμό της θέσης ισορροπίας.

Παρατήρηση: Μπορούμε να εφαρμόζουμε όσα γνωρίζουμε για τις αμφίδρομες αντιδράσεις και στην αντίδραση της ηλεκτροδιαλυτικής τάσης, αρκεί να θεωρούμε ως μέτρο της συγκέντρωσης των e στο αγώγιμο ηλεκτρόδιο το δυναμικό του.