Физични и Colloid Chemistry

Обобщение на лекции за студенти от Биологически факултет на ТОИ (РСЕ)

3.5 електрохимични процеси

3.5.4 Класификация на електроди

Според вида на реакцията електрод, всички електроди могат да бъдат разделени в две групи (група са разпределени на отделни редокс електроди, които ще бъдат обсъдени по-специално в раздел 3.5.5).

Електродите на първия вид

По първия вид електроди включват електроди, състояща се от метални плочи, потопени в разтвор на сол на същия метал. Когато обратим елемент, който включва електрод върху металната плоча е в процес на преходни метални катиони в разтвор или от разтвор в метала. по този начин първия вид са обратими електроди за техния потенциал и катион свързани Нернст уравнение (III.40) с концентрацията на катиона (на първия вид електроди и също включват водороден електрод).

Електродите на втория вид

Вторият тип електроди са електроди в която метал се покриват с слабо разтворима сол на метала и се съхраняват в разтвор, съдържащ различен разтворима сол на същия анион. Електроди от този тип са обратими по отношение на анион и зависимостта на потенциала на електрода от температурата и концентрацията на анион може да се запише в следната форма:

За определяне на потенциала електрод на елемента за измерване EMF на клетката, състоящ се от електрода и електрод тест с известен потенциал точно - референтен електрод. Като примери считаме водород, каломел и сребърен хлорид електроди.

електрод водород е платина плоча, промива се с водороден газ, потопен в разтвор, съдържащ водородни йони. Platinum адсорбира водород в равновесие с газообразен водород; електрод изобразен схематично както следва:

Електрохимично равновесие на електрода може да се разглежда, както следва:

потенциал водороден електрод зависи от активността на Н + йони в разтвор и налягане на водород; потенциал стандартен водороден електрод (с активност на Н + йони на 1 мол / л и водородно налягане от 101,3 кРа) се счита равна на нула. Следователно, за нестандартни потенциал електрод на електрод водород могат да бъдат написани:

Каломел електрод. Работата с водороден електрод доста неудобна, обаче, като референтен електрод често се използва в по-проста манипулация каломелов електрод, степента на потенциал електрод на който по отношение на стандартен водороден електрод е точно известно и само зависи от температурата. Каломел електрод се състои от живак електрод, поставен в определена концентрация на разтвор на калиев хлорид и наситен каломелов HG2 Cl2:

Каломел електрод обратимо спрямо хлорни аниони и уравнението Нернст за това е:

Сребърен хлорид електрод. Като референтен електрод използва като друг електрод на втория вид - сребърен хлорид, който е сребърен тел покрити със сребърен хлорид и се поставя в разтвор на калиев хлорид. Сребърен хлорид електрод е обратимо спрямо хлорни аниони:

Сребърен хлорид електрод потенциал размер зависи от активността на хлорни йони; тази връзка е, както следва:

Най-често сравнителния електрод, използван от наситен сребърен хлорид електрод потенциал на което зависи само от температурата. За разлика от каломел, той е стабилен при повишени температури и е приложима както във водна и в много неводна среда.

Електроди обратими в сравнение с водородни йони, използвани в практиката за определяне на активността на тези йони в разтвор (и по този начин рН на разтвора) потенциометричен метод, въз основа на определяне на потенциала на електрода в разтвор на неизвестно рН и след това изчисляване на рН на уравнението Нернст. Като индикатор електрод може да се използва и електрод водород, но е неудобно за работа с на практика често се използва стъкло и хинхидрон електрод.

Хинхидрон електрод. принадлежащ към класа на редокс електроди. (виж по-долу), е платина тел, понижава в съда с разтвора при проучване, в която предварително се поставя излишък хинхидрон С6 Н4 O2 · С6 Н4 (ОН) 2 - съединение хинон С6 Н4 O2 и хидрохинон С6 Н4 (ОН) 2. в състояние на взаимно превръщане в процеса на равновесие окисление-редукция, в които участват водородни йони:

Хинхидрон електрод е т.нар редокси електрод (виж раздел 3.5.5 ..); зависимост от качеството на водороден йон активност има следната форма:

Стъкло електрод. е най-честата дисплей електрод се отнася до така наречените или йон-селективна мембранни електроди. Действието на тези електроди са йонни реакции обмен срещащи се в границите на мембраните с разтвори на електролити; йон-селективна електроди може да бъде обърната, така катион и анион на.

Принципът на работа на електрод мембрана е както следва. А мембрана селективен по отношение на някои йон (т.е., може да се обменя тези йони от разтвора) разделя две разтвори с различна активност на йон. Потенциалният разликата е установено между двете страни на мембраната, измерени с помощта на два електрода. С подходящ състав и структурата на мембранния потенциал зависи йон активност по отношение на които мембраната е селективен, от двете страни на мембраната.

Най-често се използва стъклен електрод като завършваща тръба в тънкостенни стъклена колба. Топката се пълни с разтвор на солна киселина със специфична активност на водородни йони; в спомагателния електрод разтвор (обикновено сребърен хлорид) абсорбира. Потенциалът на стъклен електрод водород-функция (т.е., лечими по отношение на Н + йон) се изразява с уравнението

Трябва да се отбележи, че стандартната потенциал # 949; ° точка за всеки електрод има стойност, която варира с времето; Следователно, стъклен електрод рН преди всяко измерване калибриран със стандартни буферни разтвори с известна рН точно.

3.5.5 Redox електроди

За разлика от процеса на електрода, описани в случая на редокс процеси за получаване на електроди и електрони откат атоми или йони не се появяват на повърхността на електрод, но само в разтвор на електролита. Пропускането платина (или друг инертен) електрод в разтвор, съдържащ ди- и тройно зарежда железен йон и проводник за свързване на електрода до другата електрод, е възможно да се възстанови или Fe3 + йони на Fe2 + поради електроните, получена от платина или окисляване йони Fe 2+ до Fe 3+ с трансфер платина електрон. се Platinum в процеса на електрод не са включени, като носител на електрони. Такова електрод, състояща се от инертен проводник от първи вид, поставени в електролитен разтвор, съдържащ един елемент в различни степени на окисление, наречени редокси или редокси електрод. Потенциал редокси електрод, както е определено по отношение на стандартен водороден електрод:

Зависимост потенциал на редокси електрод # 949; RO на концентрацията (активност) на окислени [Ox] и редуцирани форми [Red] за реакцията на редокси че не участва няма други частици с изключение на окислителя и редуктор са следните форма (където п - брой на електрони, участващи в началното събитие редокс реакция):

От този израз уравнение за потенциала на металния електрод (III.40), като Дейността на металните атоми (редуцирана форма) в материала на електрода е равна на единица.

В случай на по-сложни системи от гледна точка на редокспотенциал фигура концентрации на всички съединения, участващи в реакцията, т.е. под окислена форма всички съединения трябва да се разбира в ляво на уравнението на реакцията

и при възстановената - всички връзки на дясната страна на уравнението. Например, за редокс реакции се провежда с участието на водородни йони

Уравнението на Нернст ще бъде написано, както следва:

При изготвянето на електрохимични клетки, включващи реакция на редокси на електрод на електрода последната в зависимост от естеството на втория електрод може да бъде или окислител или редуктор. Например, ако се създаде галванична клетка от електрода Pt / Fe 3+. Fe2 + и втория електрод с положителен потенциал електрод когато редокси електрод член операция ще бъде анода, т.е. тя ще тече процес на окисление:

Ако потенциалът на втория електрод е по-малък от потенциала на Pt / Fe 3+ електрод. Fe 2+. последният ще настъпи реакция на редукция, и тя ще бъде катод:

Fe3 + + д - -> Fe 2+

Познаването на стойностите на електродни потенциали за определяне на възможността за възникване и посока на всяка спонтанна реакция редокси в едновременното присъствие в разтвор на два или повече редокс двойки. Редуцирана форма на всеки елемент или йон ще възстанови окислена форма друг елемент или йон с положителен потенциал електрод.