갈바니 전위

전기화학에서 갈바니 전위(갈바니 전위차 또는 내부 전위차, Δ,, 델타 pi라고도 함)는 2상 부피에서 두 점 사이의 전위차이다.^[1]이러한 위상은 서로 다른 두 개의 고형물(예: 두 개의 금속이 함께 결합됨) 또는 고형물과 액체(예: 전해액에 잠겨 있는 금속 전극)일 수 있다.

갈바니 전위는 루이지 갈바니의 이름을 따서 명명되었다.

두 금속 사이의 갈바니 전위

첫째, 두 금속 사이의 갈바니 전위를 고려한다.두 금속이 서로 전기적으로 절연되는 경우, 두 금속 사이에 임의 전압 차이가 존재할 수 있다.그러나 두 개의 서로 다른 금속이 전자적으로 접촉될 때, 전자는 낮은 전압을 가진 금속에서 더 높은 전압을 가진 금속으로 흘러가게 되며, 두 단계의 대부분을 차지하는 전자의 페르미 수준이 같게 된다.두 단계 사이를 통과하는 전자의 실제 숫자는 (물체 사이의 정전 용량에 따라 달라지며), 전자 대역의 수용량은 사실상 영향을 받지 않는다.오히려 이 작은 전하 증가 또는 감소는 금속의 모든 에너지 수준에 변화를 가져온다.전기적 이중 층은 두 단계 사이의 인터페이스에서 형성된다.^[2]

접촉하는 두 가지 상 사이의 전기 화학적 전위의 동일성은 다음과 같이 기록할 수 있다.

${\displaystyle {\mu }}{j}^{1}={\mu }}^{{j}^{2}}$

여기서:

• $'{\${\$overline${\$mu}}}$은(는) 전기화학 전위임
• j는 시스템 내 전류의 매개체인 종(금속 내 전자)을 의미한다.
• (1)과 (2)는 각각 1단계와 2단계를 나타낸다.

이제, 종의 전기화학 전위는 화학적 전위와 국소적 정전기 전위의 합으로 정의된다.

${\displaystyle {\mu }}{j}=\mu _{j}+z_{j}}F\phi }$

여기서:

• μ는 화학적 전위다.
• z는 단일 전하 캐리어에 의해 운반되는 전하(전자에 대한 전하)이다.
• F는 패러데이 상수다.
• φ은 정전기 전위

위의 두 방정식에서:

${\displaystyle \phi ^{(2)-\phi ^{(1)={\frac {\mu_{j}^{j}^{{j}^{{j}F}}}}}}}}$

여기서 왼쪽의 차이는 위상 (1)과 (2) 사이의 갈바니 전위차이다.따라서 갈바니 전위차는 전적으로 두 단계의 화학적 차이, 특히 두 단계의 전하 캐리어의 화학적 전위차에 의해 결정된다.

전극과 전해질 사이의 갈바니 전위차(또는 다른 두 전기 전도성 단계 사이의)는 유사한 방식으로 형성되지만, 위의 방정식의 화학 전위차는 인터페이스에서 전기화학 반응에 관련된 모든 종을 포함해야 할 수도 있다.

측정된 셀 전위와의 관계

갈바니 전위차는 전압계를 사용하여 직접 측정할 수 없다.셀에 조립된 두 금속 전극 사이의 측정된 전위차는 다음과 같은 갈바닉 셀 도식도에서와 같이 셀이 다른 금속-금속 인터페이스를 포함해야 하기 때문에 두 금속의 갈바니 전위차(또는 용액 갈바니 전위와의 조합)와 같지 않다.

M^(1)(2)(1)' S M M

여기서:

• M과⁽¹⁾ M은⁽²⁾ 서로 다른 두 금속이다.
• S는 전해질을 나타내며,
• M은^(1)' 추가 금속(여기서는 금속(1)으로 가정하여 닫기 위해 회로에 삽입해야 한다)이다.
• 수직 막대는 위상 경계를 나타낸다.

대신 측정된 셀 전위는 다음과 같이 기록할 수 있다.^[3]

${\displaystyle E^{(2)}-E^{(1)}=\left(\phi ^{(2)}-\phi ^{(S)}-{\frac {\mu _{j}^{(2)}}{z_{j}F}}\right)-\left(\phi ^{(1)}-\phi ^{(S)}-{\frac {\mu _{j}^{(1)}}{z_{j}F}}\right)=\left(\phi ^{(2)}-\phi ^{(1)}\right)-\left({\frac {\mu _{j}^{(2)}-\mu _{j}^{(1)}}{z_{j}F}}\right)}$

여기서:

• E는 단일 전극의 잠재력이다.
• (S)는 전해액 용액을 나타낸다.

위의 방정식에서 전자적 접촉(즉, 전자적 평형 상태에서)에 있는 두 금속은 동일한 전극 전위를 가져야 한다.^[3]또한 두 금속 안에 있는 전자의 전기화학 전위는 동일할 것이다.그러나 그들의 갈바니 전위는 다를 것이다(금속들이 동일하지 않는 한).

또한 $if{\displaystyle }$ ${\displaystyle \pi }$을$($를) 정의하면 다음과 같이 전위(또는 [6]의 전위)가 정의된다.

${\displaystyle \pi }$= -${\displaystyle \frac{{\mu e}_{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{{}_{}}{}}$+ ${\displaystyle \varphi }$ ${\displaystyle \pi =-{\frac {\mu _{e}}+\phi$ $\},$

전압 단위로 주어진 전자의 전기화학 전위 감소에 대해 효과적으로 음의 값이다.불활성 금속 탐침과 전압계를 사용하여 실험적으로 측정하는 것은 $\pi {\displaystyle }$ ${\displaystyle \pi }$이다^[4][5]$.$

참고 항목

• 절대 전극 전위
• 전극 전위
• ITIES(두 가지 불변 전해액 간 인터페이스)
• 볼타 포텐셜
• 돈난 포텐셜

참조