Движение электрона по цепи.

[Solaris86]

Пусть у нас есть гальванический элемент с окислительно-восстановительной реакцией:
$\mathrm{Zn + CuZO_4 = ZnSO_4 + Cu} \\$
В первом стакане налит водный раствор $\mathrm{ZnSO_4} \\$, в который погружён электрод из $\mathrm{Zn} \\$.
Во втором стакане налит водный раствор $\mathrm{CuSO_4} \\$, в который погружён электрод из $\mathrm{Cu} \\$.
Электроды соединены металлическим проводником, а растворы - элеткролитическим мостиком, содержащим водный раствор $\mathrm{KCl} \\$.
Составим цепь (см. рис.) из стандартных медного и цинкового электродов (концентрации ионов металлов в растворах по 1 моль/л). Определим направление реакции в этом гальваническом элементе и его э.д.с.:
$\mathrm{Zn^{2+} + 2\bar e = Zn^{0}} | \mathcal{E}_1^0 = -0.76 B\\$
$\mathrm{Cu^{2+} + 2\bar e = Cu^{0}} | \mathcal{E}_2^0 = +0.34 B\\$
Потенциал цинкового электрода имеет отрицательный знак, а медного – положительный. Следовательно, цинковый электрод обладает большей способностью отдавать электроны, и на нем будет проходить противоположно направленная реакция, а медный электрод будет электроны принимать:
$\mathrm{Zn^{0} - 2\bar e = Zn^{2+}} | \mathcal{E}_1^0 = +0.76 B\\$
$\mathrm{Cu^{2+} + 2\bar e = Cu^{0}} | \mathcal{E}_2^0 = +0.34 B\\$
$\mathrm{Zn^{0} + Cu^{2+} = Zn^{2+} + Cu^{0}} | \mathcal{E} = \mathcal{E}_1^0 + \mathcal{E}_2^0 = 0.76 + 0.34 = 1.10 B\\$

Это всё понятно, э.д.с. нашего источника питания получилась равна 1.10 В.
Цинковый электрод - катод (-), медный электрод - анод (+).
Рассмотрим движение электрона по цепи:
1. Внешний путь - от катода к аноду по металлическому проводнику за счет сил электростатического поля - напряжения; 2 перехода:
1) катод - металлический проводник
2) металлический проводник - анод
2. Внутренний путь - от анода к катоду через растворы за счёт сторонних сил - э.д.с.; 4 перехода:
1) анод - раствор $\mathrm{CuSO_4} \\$
2) раствор $\mathrm{CuSO_4} \\$ - раствор $\mathrm{KCl} \\$
3) раствор $\mathrm{KCl} \\$ - раствор $\mathrm{ZnSO_4} \\$
4) раствор $\mathrm{ZnSO_4} \\$ - катод
Вот в чём собственно вопрос: КАК, или, вернее сказать, КАКОЙ электрон идёт по внутреннему пути, если катион меди забирает пришедший по внешнему пути электрон и оседает в виде нейтрального атома на электроде?

-- 08.07.2016, 12:40 --

И, если можно, на этом примере проиллюстировать идеальные и реальные источники тока и источники напряжения (э.д.с.).

Попробую предположить, что же всё-таки будет.
Электрон расходуется на восстановление меди, дальше он не идёт. В левом стакане нарастает положительный заряд за счёт того, что раствор пополняется катионами цинка, в правом стакане нарастает отрицательный заряд за счёт того, что постоянно опустошаются запасы катионов меди. Возникает разность потенциалов (это уже не сторонние силы, получается), и, чтобы её уменьшить, начинают двигаться ионы, но не ясно, какие именно:
1. В левый стакан могут перемещаться анионы хлора из электролитического мостика и, возможно, по этому же мостику сульфат-анионы из правого стакана.
2. В правый стакан могут перемещаться катионы калия из электролитного мостика и, возможно, по этому же мостику катионы цинка из левого стакана.

Это максимум, на что способно моё воображение. Других окислительно-восстановительных реакций, из которых могут взяться электроны, в данном гальваническом элементе быть не должно по идее...
Ну, допустим, теоретически возможны:
$\mathrm{2H_2O^0 = 4H^++ 4\bar e + O_2^0} | \mathcal{E}_1^0 = -1.228 B\\$
$\mathrm{2H_2O^0 = 2H^++ 2\bar e + H_2O_2^0} | \mathcal{E}_2^0 = -1.776 B\\$
$\mathrm{4OH^- = 2H_2O^0 + 4\bar e + O_2^0} | \mathcal{E}_3^0 = -0.401 B\\$
$\mathrm{2Cl^- = Cl_2^0 + 2\bar e} | \mathcal{E}_4^0 = -1.359 B\\$
$\mathrm{2SO_4^{2-} = S_2O_8^{2-} + 2 \bar e } | \mathcal{E}_5^0 = -2.010 B\\$

И как дальше?!

[DimaM]

Solaris86 в сообщении #1136512 писал(а):

Вот в чём собственно вопрос: КАК, или, вернее сказать, КАКОЙ электрон идёт по внутреннему пути, если катион меди забирает пришедший по внешнему пути электрон и оседает в виде нейтрального атома на электроде?

Хотелось бы для начала увидеть ваши собственные соображения, бо правила раздела этого недвусмысленно требуют.

[profrotter]

Тема перемещена из форума «Помогите решить / разобраться (Ф)» в форум «Карантин»
Причина переноса:
Отсутствуют собственные попытки ответа на вопрос.

(Подробно)

Forum Administration в сообщении #27356 писал(а):

I. Нарушения и санкции
1) Нарушением считается:
г) Поиск халявы в отношении учебных задач и вопросов; публикация полных готовых решений учебных задач (см. п. III-2); вынесение на обсуждение задач еще не прошедших он-лайн и заочных олимпиад.

Приведите собственные содержательные попытки решения задачи и сообщите об этом в теме Сообщение в карантине исправлено.
Настоятельно рекомендуется ознакомиться с темами Что такое карантин и что нужно делать, чтобы там оказаться и Правила научного форума

[profrotter]

Тема перемещена из форума «Карантин» в форум «Помогите решить / разобраться (Ф)»
Причина переноса: вернул.

[Osmiy]

Solaris86 в сообщении #1136512 писал(а):

Вот в чём собственно вопрос: КАК, или, вернее сказать, КАКОЙ электрон идёт по внутреннему пути, если катион меди забирает пришедший по внешнему пути электрон и оседает в виде нейтрального атома на электроде?

По внутренней цепи движется не электрон, а анион $SO_4^{2-}$. На рисунке даже этот факт отмечен.

[arseniiv]

Solaris86 в сообщении #1136512 писал(а):

Возникает разность потенциалов (это уже не сторонние силы, получается), и, чтобы её уменьшить, начинают двигаться ионы, но не ясно, какие именно:
1. В левый стакан могут перемещаться анионы хлора из электролитического мостика и, возможно, по этому же мостику сульфат-анионы из правого стакана.
2. В правый стакан могут перемещаться катионы калия из электролитного мостика и, возможно, по этому же мостику катионы цинка из левого стакана.

Все будут двигаться, ведь их никто не привязывал. И концентрации их будут в разных частях этой штуки разными. И ещё куча ионов, недолго живущих, может успевать немного подвинуться.

А вот что будет на аноде и катоде, уже действительно зависит. Иногда скорости сразу нескольких реакций на одном и том же электроде достаточно большие. Для рассмотрения передачи заряда, правда, это не важно.

[madschumacher]

Osmiy в сообщении #1136602 писал(а):

По внутренней цепи движется не электрон, а анион $SO_4^{2-}$. На рисунке даже этот факт отмечен.

В смысле по солевому мостику? Я бы предположил, что $\mathrm{SO_4^{2-}}$ как раз сидят себе в своих ячейках, а мигрируют $\mathrm{K^{+}}$ и $\mathrm{Cl^{-}}$ (там же полупроницаемая мембрана или бумага должна стоять на концах U-образной трубки).

(Оффтоп)

мне стыдно, что я не знаю точно, это вроде как моя специальность простите...

[Solaris86]

arseniiv в сообщении #1136605 писал(а):

Все будут двигаться, ведь их никто не привязывал. И концентрации их будут в разных частях этой штуки разными. И ещё куча ионов, недолго живущих, может успевать немного подвинуться.

А вот что будет на аноде и катоде, уже действительно зависит. Иногда скорости сразу нескольких реакций на одном и том же электроде достаточно большие. Для рассмотрения передачи заряда, правда, это не важно.

Так а где замкнутость траектории путешествия электрона?

[Osmiy]

Solaris86 в сообщении #1136640 писал(а):

Так а где замкнутость траектории путешествия электрона?

Траектория электрона не замкнутая. Она начинается на атоме цинка, а заканчивается на атоме меди. Как только закончатся атомы цинка или катионы меди, движение электронов прекратится.
Для компенсации накопления заряда происходит перемещение ионов. Если бы не было других компонентов, то это происходило за счет перемещения аниона $SO_2^{2-}$. Но так как присутвует $KCl$, то его ионы тоже участвуют в перемещении. Обычно пишут что используется специальные ионные мембраны, которые пропускают только определенные ионы, но это необязательно. Тем более что на рисунке вроде вата нарисована, и её роль в замедлении обычной (тепловой) диффузии ионов веществ. Так что перемещаться будут все ионы $Zn^{2+}, K^+, Cl^-,SO_2^{2-}$.

-- 09.07.2016, 03:02 --

madschumacher в сообщении #1136609 писал(а):

Osmiy в сообщении #1136602 писал(а):

По внутренней цепи движется не электрон, а анион $SO_4^{2-}$. На рисунке даже этот факт отмечен.

В смысле по солевому мостику? Я бы предположил, что $\mathrm{SO_4^{2-}}$ как раз сидят себе в своих ячейках, а мигрируют $\mathrm{K^{+}}$ и $\mathrm{Cl^{-}}$ (там же полупроницаемая мембрана или бумага должна стоять на концах U-образной трубки).

(Оффтоп)

мне стыдно, что я не знаю точно, это вроде как моя специальность простите...

Я выкинул из рассмотрения второстепенные вещи и представил всё как было бы в идеальном гальв. элементе.

[Solaris86]

Тогда как понимать определение э.д.с.?
Вики говорит нам:
Электродвижущая сила (ЭДС) — скалярная физическая величина, характеризующая работу сторонних сил, то есть любых сил неэлектрического происхождения, действующих в квазистационарных цепях постоянного или переменного тока. В замкнутом проводящем контуре ЭДС равна работе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль всего контура.

[dima90]

Solaris86 в сообщении #1136677 писал(а):

Тогда как понимать определение э.д.с.?

Это ведь просто определение, работу можно считать для любого пути.

[Solaris86]

dima90 в сообщении #1136692 писал(а):

Это ведь просто определение, работу можно считать для любого пути.

Вы можете расписать все составляющие э.д.с. тогда?

[dima90]

Solaris86 в сообщении #1136701 писал(а):

расписать все составляющие э.д.с. тогда?

Зачем? Вы видите проблему?

[Solaris86]

dima90 в сообщении #1136703 писал(а):

Зачем? Вы видите проблему?

Я вижу проблему, потому что я тогда не понимаю, что такое сторонние силы и что они делают на каждом участке цепи...

-- 09.07.2016, 12:53 --

И что такое э.д.с. также становится не понятным...

[dima90]

Solaris86 в сообщении #1136713 писал(а):

не понимаю, что такое сторонние силы и что они делают на каждом участке цепи...

Я не знаю, что предложить. Может помогут мысли не об отдельном электроне, а об их потоке?
Работа считается для любой траектории, называть ее ЭДС или как-то еще -- разницы никакой.