Калькулятор стандартного потенциала гальванической ячейки

Введите расчет

Стандартный потенциал восстановления катода E°катода (В)

Стандартный потенциал восстановления анода E°анода (В)

Результатов

Стандартный потенциал ячейки (E°cell)

1,1

вольты (В)

E°катода (восстановление)	0,34 V
E°анода (восстановление)	-0,76 V
Самопроизвольная реакция?	Yes (E°cell > 0)

Что такое стандартный потенциал ячейки?

Стандартный потенциал ячейки, обозначаемый \(E^{\circ}_{cell}\), — это напряжение, которое создаёт электрохимическая (гальваническая) ячейка, когда все вещества находятся в стандартных условиях: концентрация растворов 1 М, давление газов 1 атм (или 1 бар) и температура 25 °C (298,15 К). Эта величина напрямую показывает, насколько сильно окислительно-восстановительная реакция стремится «протолкнуть» электроны через внешнюю цепь. Положительное значение \(E^{\circ}_{cell}\) говорит о самопроизвольной реакции — именно так работает любой источник тока, способный совершать полезную работу.

Гальванический элемент: электроны идут от анода к катоду по внешней цепи, а солевой мостик замыкает цепь.

Как пользоваться калькулятором

Сначала найдите стандартные потенциалы восстановления для обеих полуреакций в справочной таблице (обе должны быть записаны как реакции восстановления). Введите значение для электрода, на котором реально идёт восстановление (это катод), и значение для электрода, на котором происходит окисление (это анод). Калькулятор вычтет потенциал анода из потенциала катода и подскажет, будет ли реакция в полученной ячейке самопроизвольной.

Разбор формулы

Основное уравнение выглядит так:

$$E^{\circ}_{cell} = \text{E}^{\circ}_{cathode} - \text{E}^{\circ}_{anode}$$

И \(E^{\circ}_{cathode}\), и \(E^{\circ}_{anode}\) берутся прямо из таблицы как стандартные потенциалы восстановления — менять знак у анода вручную не нужно. Само вычитание уже учитывает, что окисление — это процесс, обратный восстановлению. В самопроизвольной гальванической ячейке катодом всегда служит та полуреакция, у которой потенциал восстановления более положительный.

\(E^{\circ}_{cell}\) находят, вычитая стандартный потенциал восстановления анода из потенциала катода.

Пример расчёта

Возьмём классический элемент Даниэля с медью и цинком. Медь восстанавливается на катоде (\(E^{\circ} = +0{,}34\ \text{В}\)), а цинк окисляется на аноде (его потенциал восстановления равен \(E^{\circ} = -0{,}76\ \text{В}\)). Тогда:

$$E^{\circ}_{cell} = 0{,}34 - (-0{,}76) = 1{,}10\ \text{В}.$$

Поскольку 1,10 В — величина положительная, реакция протекает самопроизвольно. Именно поэтому медно-цинковый элемент способен работать как батарея.

Частые вопросы

Нужно ли менять знак потенциала анода? Нет. Вводите оба значения как стандартные потенциалы восстановления. Знак «минус» в формуле сам учитывает обращение реакции.

Что означает отрицательное значение \(E^{\circ}_{cell}\)? Отрицательное значение говорит о том, что реакция в записанном виде несамопроизвольна — чтобы она пошла, потребуется внешний источник тока (электролиз).

Как \(E^{\circ}_{cell}\) связан со свободной энергией? Их связывает соотношение \(\Delta G^{\circ} = -nFE^{\circ}_{cell}\), где \(n\) — число моль перенесённых электронов, а \(F\) — постоянная Фарадея. Положительное \(E^{\circ}_{cell}\) даёт отрицательное \(\Delta G^{\circ}\), что подтверждает самопроизвольность реакции.