
【化】 reversible electrode potential
可逆电极电势(Reversible Electrode Potential)是电化学领域的核心概念,指电极在热力学平衡状态下且无净电流通过时表现出的电势值。该电势反映了氧化还原反应的可逆特性,其数值由电极材料、溶液浓度和温度共同决定。
根据电化学体系分类,可逆电极主要包含三种类型:
金属-离子电极:如Cu²⁺/Cu体系,其电势遵循能斯特方程:
$$ E = E^ominus + frac{RT}{nF}lnfrac{a{oxidized}}{a{reduced}} $$
公式中E°为标准电极电势,R为气体常数,T为绝对温度(来源:Bard, A.J., Faulkner, L.R. Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications)
气体电极:以氢电极为典型代表,其标准电极电势被国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)定义为0 V,作为参比基准(来源:IUPAC Technical Report, Pure and Applied Chemistry)
氧化还原电极:如Fe³⁺/Fe²⁺体系,这类电极不涉及金属相变,仅通过溶液中离子间的电子转移建立电势(来源:Gileadi, E. Physical Electrochemistry: Fundamentals, Techniques, and Applications)
在工程实践中,可逆电极电势的精确测量对燃料电池效率优化和金属腐蚀防护技术开发具有指导价值。国际标准化组织(ISO)制定的ASTM G5标准明确规定了相关测量规范(来源:American Society for Testing and Materials)。
可逆电极电势是电化学中的一个核心概念,指电极在可逆反应条件下达到热力学平衡时的电势值。以下为详细解释:
可逆电极电势是电极表面与溶液之间的电势差,仅存在于可逆电极反应中。此时电极反应正逆方向速率相等,系统处于动态平衡,且无外电流通过(即电流密度趋近于零)。该电势值由电极材料和溶液中的离子浓度决定,符合热力学平衡条件。
可逆电极电势可通过能斯特方程计算: $$ E = E^circ - frac{RT}{nF} ln Q $$ 其中,$E^circ$为标准电极电势(25℃、离子活度为1时的电势值),$Q$为反应商。例如,标准氢电极(SHE)的$E^circ$被定义为0 V,其他电极电势均以此为基准测量。
不可逆电极在反应中会产生不可逆产物(如气体析出或副反应),导致电势随时间变化,而可逆电极电势稳定且可重复测量。
总结来看,可逆电极电势是理想化的热力学概念,尽管实际应用中难以完全实现,但它为电化学分析、电池设计及腐蚀防护等领域提供了关键的理论基础。
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