Электрохимические потенциалы играют ключевую роль в определении направления редокс-реакций в гальванических элементах. Основные концепции, которые помогают понять, как это работает:

Редокс-реакции: Эти реакции включают в себя процессы восстановления (прием электронов) и окисления (отдача электронов). Каждое вещество в реакции имеет свои электрохимические потенциалы, которые определяют его способность принимать или отдавать электроны.

Электродный потенциал: Каждый полуреакция (окисление или восстановление) имеет свой стандартный электрохимический потенциал (E°), который измеряется в вольтах (В). Эти значения определяются в стандартных условиях (1 М концентрация, 1 атм давление и 25°C). Более положительное значение E° говорит о более высокой способности вещества принимать электроны (восстанавливаться).

Суммарный потенциал: В гальваническом элементе сумма разностей потенциалов двух полуреакций (окисления и восстановления) определяет общее напряжение элемента. Если E°(восстановление) — E°(окисление) > 0, то реакция спонтанна, и элемент генерирует электрический ток.

Направление протекания реакции: Для того чтобы редокс-реакция происходила спонтанно, электроны должны двигаться от более электроотрицательного вещества (с более низким потенциалом) к более электроотрицательному веществу (с более высоким потенциалом). Направление потока электронов и, соответственно, направление реакции определяются разностью стандартных потенциалов.

Пример: Рассмотрим галванический элемент с двумя полуреакциями. Пусть в одной полуреакции меди (Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu) E° = +0.34 В, а в другой — цинк (Zn → Zn²⁺ + 2e⁻) E° = -0.76 В. Так как 0.34 В - (-0.76 В) > 0, реакция будет спонтанной, с переносом электронов от Zn (окисление) к Cu (восстановление).

Таким образом, электрохимические потенциалы определяют термодинамическую возможность и направление редокс-реакций в гальванических элементах, что позволяет предсказывать, какая полуреакция будет происходить на аноде (окисление) и какая на катоде (восстановление).