Калькулятор ЭДС гальванического элемента — это простой инструмент, который предоставляет вам значение электродвижущей силы (EMF) для любой гальванической ячейки с заданным потенциалом электродов. Если вы немного запутались со всеми этими терминами, не волнуйтесь!

В статье ниже вы найдете краткое описание того, что такое ЭДС, как рассчитать ЭДС и примеры источников электродвижущей силы. Более того, мы подготовили объяснение окислительно-восстановительной реакции и гальванического элемента. Краткое пошаговое руководство демонстрирует использование калькулятора.

Что такое ЭДС?

ЭДС — это сокращение от электродвижущей силы. По определению, ЭДС — это сила или электрическое давление, которое генерирует ток в цепи. Единицы измерения ЭДС в вольтах [В].

Чтобы лучше понять это определение, рассмотрим типичную гальваническую ячейку, состоящую из двух электродов. Электродвижущая сила — это разность потенциалов между ними.

Кроме того, электродвижущая сила гальванического элемента определяет способность электрохимического элемента вызывать поток электронов через электрическую цепь.

Уравнение ЭДС

Электродвижущая сила электрохимической ячейки может быть рассчитана с использованием уравнения:

EMF_cell [V] = E_cathode [V] — E_anode [V]

где E_cathode — это потенциал катода (в вольтах), а E_anode — это потенциал анода (в вольтах). Помните, что в ячейке потенциал катода выше, чем потенциал анода.

Электропотенциал анода и катода

Если вы хотите найти потенциал металлического электрода, один из способов — проверить гальванический ряд и найти конкретный металл в таблице. Второй способ — рассчитать его, используя уравнение Нерста, также известное как уравнение потенциала ячейки. Эта формула позволяет рассчитать восстановительный потенциал полуклеточной или полной клеточной реакции.

В таблице ниже вы можете найти электропотенциал металлов:

Стандартные электродные потенциалы металлов при 25 °С

Электрод	Электродная реакция	Потенциалы Е°, В
Li / Li+	Li+ + e-= Li	-3,045
Rb / Rb+	Rb+ + e-= Rb	-2,925
K / K+	K+ + e-= K	-2,924
Cs / Cs+	Cs+ + e-= Cs	-2,923
Ba / Ba2+	Ba2+ + 2e-= Ba	-2,905
Sr / Sr2+	Sr2+ + 2e-= Sr	-2,888
Ca / Ca2+	Ca2+ + 2e-= Ca	-2,866
Na / Na+	Na+ + e-= Na	-2,714
Mg / Mg2+	Mg2+ + 2e-= Mg	-2,363
Sc / Sc3+	Sc3+ +3e-= Sc	-2,077
Be / Be2+	Be2+ + 2e-= Be	-1,847
Al / Al3+	Al3+ + 3e-= Al	-1,660
Mn / Mn2+	Mn2+ + 2e-= Mn	-1,179
Cr / Cr2+	Cr2+ + 2e-= Cr	-0,913
Zn / Zn2+	Zn2+ + 2e-= Zn	-0,760
Fe / Fe2+	Fe2+ + 2e-= Fe	-0,440
Cd / Cd2+	Cd2+ + 2e-= Cd	-0,400
Co / Co2+	Co2+ + 2e-= Co	-0,277
Ni / Ni2+	Ni2+ + 2e-= Ni	-0,250
Sn / Sn2+	Sn2+ + 2e-= Sn	-0,136
Pb / Pb2+	Pb2+ + 2e-= Pb	-0,126
H2 / H+	2H+ + 2e-= H2	0,000
Sb / Sb3+	Sb3+ + 3e-= Sb	+0,2
Bi / Bi3+	Bi3+ + 3e-= Bi	+0,23
Cu / Cu2+	Cu2+ + 2e-= Cu	+0,337
Hg / Hg+	Hg+ + 1e-= Hg	+0,788
Ag / Ag+	Ag+ + e-= Ag	+0,799
Pd / Pd2+	Pd2+ 2e-= Pd	+0,987
Pt / Pt2+	Pt2+ + 2e-= Pt	+1,188
Au / Au+	Au+ + e-= Au	+1,692

Как рассчитать ЭДС?

Взгляните на пример расчета ЭДС ниже.

Давайте рассмотрим ячейку Даниэля — простую электрохимическую ячейку, изобретенную в 1836 году Джоном Фредериком Даниэлем (британский химик и метеоролог). В этой ячейке медь погружается в раствор сульфата меди (II), а цинк — в раствор сульфата цинка.

Схема ячейки: (-) Zn | Zn2 + || Cu2 + | Cu (+)

Проверьте потенциал металла: электродный потенциал цинка составляет -0,76 В, а меди — +0,34 В ⇒ из-за более низкого потенциала цинк является анодом, а медь — катодом. Введите эти значения в наш калькулятор.

Рассчитайте значение ЭДС электрохимической ячейки, используя уравнение:
EMF_cell = +0,34 В — (-0,76 В) = 1,10 В

Электродвижущая сила ячейки Даниэля равна 1,10 вольт.

Источники электродвижущей силы

Ниже вы можете найти несколько примеров источников ЭМП:

• батареи
• генераторы переменного тока
• гальванические элементы
• солнечные батареи
• топливные элементы
• термопары
• некоторые живые организмы (например, электрический угорь)

Каждый из перечисленных выше источников ЭДС содержит источник энергии, который вызывает поток электрических зарядов. Этими источниками могут быть химические процессы (в батареях, топливе и гальванических элементах), механические силы (в генераторах), электромагнитное излучение, излучаемое Солнцем (в солнечных элементах) и разность температур (в термопарах).

Типы электрохимических ячеек

Электрохимическая ячейка является одним из видов источников энергии. Его можно создать, поместив металлические электроды в электролит, где химическая реакция генерирует или использует электрический ток.

Электрохимические элементы, которые генерируют электрический ток, называются гальваническими элементами (названными в честь их изобретателя, итальянского физика Алессандро Вольта) или гальваническими элементами (названными в честь итальянского физика и врача Луиджи Гальвани).

Обычные батареи состоят из одного или нескольких таких элементов. В других электрохимических элементах электрический ток, подаваемый извне, используется для запуска химической реакции (которая не должна происходить самопроизвольно).

Окислительно-восстановительная реакция

Процессы восстановления и окисления происходят только вместе (невозможно, чтобы эти реакции происходили отдельно). Вот почему окислительно-восстановительные реакции могут быть описаны как две полуреакции, одна представляет процесс окисления, а другая — процесс восстановления. Давайте посмотрим на это на примере ячейки Даниэля.

В ячейке Даниэля медь погружается в раствор сульфата меди (II), а цинк — в раствор сульфата цинка. В этой ячейке цинк действует как анод (из-за более низкого электрического потенциала), а медь действует как катод (из-за более высокого электропотенциала):

E⁰ цинкового электрода = -0,76 В
E⁰ медного электрода = +0,34 В
Общая химическая реакция клетки Даниэля: Zn (s) + Cu2⁺ (aq) → Zn²⁺ (aq) + Cu (s)

Окисление (на аноде): Zn (s) → Zn²⁺ (aq) + 2e⁻

Восстановление (на катоде): Cu2⁺ (aq) + 2e⁻ → Cu (s)

Количество электронов, потерянных восстановителем, равно числу электронов, полученных окислителем (для любой окислительно-восстановительной реакции).