Стандартный потенциал электрода ряд напряжений уравнение нернста

Электродный потенциал. Уравнение Нернста.

Учение об электродвижущих силах гальванических элементов является одним из основных разделов электрохимии. Начало изучению электродвижущих сил бы­ло положено еще М. В. Ломоносовым (1750), который в своих работах отмечал связь между химическими и электрическими явлениями. Позднее наблюдения итальянского физиолога Гальвани (1780) и обширные работы итальянского физи­ка Вольта (1780) привели к открытию гальванических элементов.

В 1800 г. Вольта изобрел первый химический источник тока, так называемый вольтов столб, который был собран из пластинок различных металлов, разделен­ных прослойками ткани, смоченной электролитом. Исследования привели Вольта к открытию контактной разности потенциалов, возникающей при соприкосновении металлов различной природы. В первых исследованиях в качестве чувствительного прибора для обнаружения малой разности потенциалов ученый использовал свежеанатомированные мышцы лягушки. Этот случай является наглядным примером того, как биологические методы исследования нередко могут способствовать ус­пешному развитию физики и других точных наук.

Открытие химических источников тока и контактной разности потенциалов оказало большое влияние на все последующее развитие электрохимических явле­ний. В настоящее время методы электрохимии получили широкое распростране­ние в агрохимии, физиологии растений, в биологии, почвоведении, а также во мно­гих других смежных дисциплинах.

Если в чистую воду погрузить пластинку какого-либо металла, то согласно гидратной теории Д. И. Менделеева ионы металла бу­дут взаимодействовать с полярными молекулами воды. Иными сло­вами, поверхностно расположенные катионы этого металла будут гидратироваться молекулами воды и переходить в окружающий раствор, заряжая его положительно, т. е. металл будет как бы рас­творяться (рис.4.8).

Однако электроны, в избытке остающиеся в металле, заряжают его поверхностный слой отрицательно. В результате этого между ионами металла, перешедшими в раствор, и поверхностью металли­ческой пластинки возникают силы электростатического притяже­ния, в силу чего ионы, окружающие пластинку, образуют так назы­ваемый двойной электрический слой, схема которого приведена на рис. 4.8. Этот слой препятствует дальнейшему растворению металла и в системе устанавливается подвижное равновесие, которое харак­теризуется равными скоростями как растворения, так и обратного осаждения ионов из раствора на поверхности металлической пла­стинки.

Первоначально считали, что двойной электрический слой имеет плоское строение. Он уподоблялся конденсатору, одна из обкладок которого расположена на поверхности металла, другая — в слое прилегающей к электроду жидкости. Расстояние между обкладками равно диаметру молекулы.

Согласно этой теории, которую обычно связывают с именем Гельмгольца (1879), учитывалось только прояв­ление электростатических сил взаимодействия между зарядами про­тивоположного знака и не учитывалось изменение свойств двойного электрического слоя с изменением концентрации электролита и его температуры, что явилось основным недостатком теории Гельм­гольца.

В разработке современной теории строения двойного электриче­ского слоя на границе твердая фаза—жидкость и методов его ис­следования ведущая роль принадлежит А. Н. Фрумкину и его шко­ле. Работы А. Н. Фрумкина и его учеников установили, что слой ионов, располагающийся в жидкости, благодаря действию двух про­тивоположно направленных сил (электростатического притяжения и теплового движения) имеет диффузное строение, т. е. он проника­ет в жидкость на некоторую глубину (рис. 4.8).

Определенная часть ионов удерживается вблизи поверхности раздела металл—электролит, образуя обкладку двойного слоя с толщиной, отвечающей среднему радиусу ионов электролита. Ос­тальные ионы, входящие в состав двойного слоя, распределяются диффузно, с постепенно убывающей плотностью заряда.

Таким образом, при соприкосновении металла с водой ионы его находятся под действием двух конкурирующих сил: электростати­ческого притяжения, возникающего между ионами металла и моле­кулами воды (явление гидратации), и электростатического притя­жения со стороны электронного газа, определяющего прочность кристаллической решетки.

Вполне понятно, что чем прочнее кристаллическая решетка ме­талла, тем труднее иону металла перейти в раствор. Чем выше величина энергии гидратации, тем с большей жадностью молекулы воды взаимодействуют с этими ионами, и тем легче им выделиться в рас­твор.

В результате взаимодействия двух указанных взаимно противо­положных сил растворение металла в воде приобретает характер только поверхностного процесса и охватывает лишь очень узкую об­ласть на границе металл—жидкость. В этом поверхностном слое концентрация ионов металла, несмотря на его чрезвычайно малую растворимость, может быть довольно значительной. Кроме того, в поверхностном растворе гидратированные катионы в силу электро­статических сил притяжения со стороны электронов кристалличе­ской решетки металла совершают лишь ограниченное кинетическое движение в виде так называемых «пристенных» скачков. Они проч­но связаны с жестким каркасом кристаллической решетки металла.

Таким образом, в системе металл — вода на границе раздела фаз возникает двойной электрический слой, блокирующий поверх­ность металла. Образовавшаяся пограничная разность потенциалов получила название электродного потенциала (дат. potentia — воз­можность, мощь).

Если жидкая среда — чистая вода, для всех металлов картина в качественном отношении будет однозначной: металл заряжается от­рицательно, прилегающий слой жидкости — положительно. Однако количественно для разных металлов будут наблюдаться существен­ные различия, что объясняется не только неодинаковой энергией связи катионов этих металлов в кристаллической решетке, но и не­одинаковой гидратируемостью этих катионов.

Несколько иная картина наблюдается в случае, если металличе­скую пластинку погрузить не в чистую воду, а в раствор соли этого металла. При этом могут иметь место три случая.

1. Исходная концентрация ионов данного металла в растворе С меньше концентрации С_о, соответствующей равновесному состоянию ионов после погружения в раствор металлической пластинки, т. е. С С₀. В этом случае наблюдается обратное явле­ние: ионы металла из раствора выделяются на поверхности метал­лической пластинки. Чтобы ионы металла могли выделиться, они должны присоединить электроны согласно уравнению (б). Посколь­ку источника электронов в системе нет, выделение металла на поверхности пластинки происходит в виде ионов. В результате поверх­ность приобретает положительный заряд.

3. При условии С=С₀ вся система будет находиться в состоянии подвижного равновесия, разность потенциалов между жидкостью и металлом равна нулю. В этом случае из раствора осаждается на единицу поверхности металла столько же катионов, сколько их вы­ходит в двойной электрический слой.

Принимая это во внимание, нетрудно найти математическую за­висимость между величиной скачка потенциала на границе сопри­косновения металла и раствора и концентрацией (точнее, актив­ностью) ионов этого металла в растворе.

4.84

Так как активность металла принимается равной единице (а_Mе= 1), то с учетом этого уравнения (4.84) будет иметь следующее выражение:

4.85

Уравнение (4.85) называется уравнением Нернста,

ε₀— постоянная величина, характеризующая электрохимическую природу электрода.

Для расчетов удобнее предварительно вычислить значение R·T· 2,303/F при какой-либо температуре. Например, при 291 К это число будет равно 0,0577. Следовательно, для температуры 291 К уравнение Нернста будет иметь вид:

4.86

Обозначим численное значение выражения R·T·2,303/F буквой Ж.

Зависимость этого числа от температуры выразится следующей формулой:

4.87

где Г —любая температура, при которой производится измерение разности потенциалов. С учетом этого обозначения уравнение элек­тродного потенциала Нернста будет иметь следующий вид:

4.88

Каков же физический смысл ε_о в уравнении электродного потен­циала Нернста? Несложный математический анализ этого уравне­ния показывает, что при С=1 моль/л все выражение

обращается в нуль, и тогда

4.89

Таким образом, стандартным (нормальным) потенциалом назы­вается такой потенциал, который возникает на металлической плас­тинке, находящейся в контакте с одноименными ионами в растворе, с концентрацией С=1 моль/л.

За нулевую точку измерения потенциалов условно принят нор­мальный потенциал водородного электрода. Для изготовления его используют способность платины растворять га­зообразный водород. Платиновая проволока или пластинка, содер­жащая растворенный водород, играет роль «водородной пластинки», а функции «раствора солей» может выполнять любой водный раствор, в котором всегда присутствуют ионы водорода Н + . Причем нормальный потенциал водородного электрода равен нулю при ус­ловии, что давление молекулярного водорода на пластинке равно 101,325 кПа и С_Н+ = 1 моль/л.

Если нормальный потенциал какого-либо металла больше во­дородного, его принято считать положительным, если меньше — от­рицательном.

Если все металлы расположить последовательно по возраста­ющей величине их нормальных электродных потенциалов, получит­ся ряд напряжений. В табл. 4.9 приведены стандартные потенциалы некоторых металлов.

В этой таблице каждый электрод обозначен символом элемента, из которого он состоит, и соответствующего иона, а вертикальная линейка изображает поверхность раздела двух фаз, где имеет место скачок потенциала.

Представленным в табл. 4.9 рядом напряжений широко пользу­ются в практике при составлении так называемых гальванических элементов, а также при изучении взаимодействия между металлами и кислотами, между солями и металлами. Зная ряд напряжений, можно предвидеть направление реакции вытеснения одних элемен­тов другими. Так металлы, стоящие в ряду напряжений после водо­рода, не способны вытеснять водород из кислот. Вытеснение метал­ла из солей другим металлом осуществляется только в том случае, если вытесняющий металл расположен в ряду напряжений до вытес­няемого.

Например, при составлении гальванического элемента из цинка и свинца в качестве положительного электрода следует взять свин­цовый (ε_о= -0,13 В), а в качестве отрицательного — цинковый (ε_о= -0,76 В).

Электроды подразделяются на электроды первого и второго ро­да. Электроды первого рода — это электроды из металла, погружен­ного в раствор, содержащий ионы того же металла (например, Cu|Cu 2+ , Zn|Zn 2+ ). Эти электроды обратимо обменивают катионы Ме↔Ме n + nе, где n — число теряемых (или приобретаемых) электронов (е — ).

Электроды второго рода состоят из металла, покрытого слоем труднорастворимой соли и погруженного в раствор какой-либо лег­корастворимой соли с тем же анионом. Такие электроды обратимы относительно этого аниона.

Для электродов второго рода выражение электродного потенциала

4.90

Дата добавления: 2016-02-20 ; просмотров: 2591 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Стандартный водородный электрод

Содержание:

• Данный тип работы не является научным трудом, не является готовой выпускной квалификационной работой!
• Данный тип работы представляет собой готовый результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала для самостоятельной подготовки учебной работы.

Если вам тяжело разобраться в данной теме напишите мне в whatsapp разберём вашу тему, согласуем сроки и я вам помогу!

По этой ссылке вы сможете найти много готовых курсовых работ по химии:

Посмотрите похожие темы возможно они вам могут быть полезны:

Введение:

Причиной скачков потенциала является переход заряженных частиц (электронов, ионов) из одной фазы в другую.

Диффузионный потенциал — возникает на границе раздела растворов электролитов, которые различаются по природе или концентрации.

В элементе Якоби-Даниэля ионы переносятся во внутренней цепи от правой половины элемента к левой (это цепь переноса). Контакт растворов осуществляется через пористую диафрагму или солевой мостик с использованием растворов электролитов KCI, KNO3, NH4Cl, NH4NO3, ионы которых имеют примерно одинаковую подвижность (KCl = 73,5; = 76,35 Ом-1 см2 экв-1) уменьшить.

не всегда можно рассчитать, поэтому они часто пытаются его уменьшить. Для цепи (-) Pt, CI2 | Раствор HCI | CI2, Pt (+).

отсутствует (цепь без переноса), так как оба электрода помещены в один и тот же раствор соляной кислоты.

Характер потенциального скачка на границе раздела. Концепция электродного потенциала

Потенциал контакта возникает, когда два металлических электрода находятся в контакте или когда два металла связаны друг с другом через другие металлы. Разность контактных потенциалов определяется только природой крайних металлов. Если гальванический элемент имеет два одинаковых электрода в начале и в конце цепи = 0 (поскольку цепь правильно разомкнута).

Когда заряженные частицы переходят из одной фазы в другую, в дополнение к химической работе, также выполняется электрическая работа, и электрохимическое состояние заряженной частицы в фазе называется электрохимическим потенциалом (химический потенциал + электрическая энергия частицы).

В окислительно-восстановительной среде значение стандартного электродного потенциала через значения его химических окислительно-восстановительных потенциалов в стандартных условиях будет иметь вид.

Абсолютный электродный потенциал? потенциальный скачок между металлом и раствором.

Потенциальный скачок на границе раздела электрод — раствор

Когда проводник типа I (металлический) вступает в контакт с раствором электролита (проводник типа II), на границе раздела металл-раствор появляется двойной электрический слой (DES).

Во-первых, представьте, что цинковый электрод помещен в воду. Известно, что в кристаллической решетке металлов есть катионы и атомы, которые занимают определенные места в узлах решетки, и относительно свободные электроны движутся между катионами. Под воздействием полярных молекул воды катионы цинка отрываются от цинковой пластины и переходят в слой воды, прилегающий к поверхности металла. В этом случае электрод заряжается отрицательно, а раствор заряжается положительно благодаря катионам, которые в него попали. Между металлом и раствором образуется двойной электрический слой, и происходит скачок потенциала.

Появление электрического заряда на электроде предотвращает дальнейший переход катионов в раствор. При достижении определенной концентрации ионов в растворе устанавливается динамическое равновесие, которое сопровождается непрерывным обменом катионов между металлом и раствором.

Между металлом и раствором устанавливается скачок равновесного потенциала.

Подобные взаимодействия происходят, когда металл погружается в солевой раствор этого металла. Однако равновесие возникает при другом значении скачка потенциала, определяемом концентрацией ионов металлов в растворе.

В результате этих процессов раствор вблизи металла приобретает заряд, противоположный по знаку заряду металла, так как большинство катионов расположены на отрицательно заряженной поверхности металла, образуя плотный слой толщиной d. Двойной электрический слой DES сформирован. Этот слой характеризуется различным распределением ионов разных знаков в поверхностном слое раствора и неравномерным распределением зарядов в поверхностном слое металла. Это связано с определенной разностью потенциалов (скачок потенциала) на границе раздела металл / раствор. Некоторые из катионов металлов перемещаются из металла в глубину раствора и образуют диффузную часть ДЭС толщиной. Толщина этого слоя в растворе зависит от концентрации раствора, заряда металла и температуры.

Для металлов с низкой активностью, например меди, серебра и т. д., металл заряжен положительно, а соседний раствор заряжен отрицательно.

Очевидно, что если металл положительно заряжен при погружении в раствор, концентрация катионов в диффузном слое будет уменьшена, а концентрация анионов увеличена по сравнению с их концентрацией в растворе.

Таким образом, когда металл погружается в воду или раствор, содержащий ионы данного металла, на границе раздела металл / раствор образуется двойной электрический слой, и между металлом и раствором возникает разность потенциалов (скачок потенциала). Величина этой разности потенциалов зависит от свойств металла и раствора, в частности от концентрации ионов данного металла в растворе и от характера взаимодействия между частицами в двойном электрическом слое.

ДЭС по данным русского ученого Р.А. Колли похож на плоский конденсатор, одна пластинка которого находится на поверхности металла, другая находится в растворе на расстоянии диаметра молекулы воды.

Первые представления о структуре двойного электрического слоя были предложены русским ученым Р.А. Колли (1878), затем Л. Гельмгольц (1879), Т. Гай (1910) и Д. Чепмен (1913). Основы современной теории двойного электрического слоя были разработаны О. Штерном (1924), разработанным академиком А.Н. Фрумкин с сотрудниками.

Стационарный равновесный потенциал характеризуется непрерывным обменом заряженными частицами между электродом и раствором (это обменный ток, открытый В. Батлером (1936), его наличие было подтверждено методом меченых частиц).

Рассматриваемые металлические элементы являются обратимыми по отношению к катионам, т.е. обмениваются катионами с раствором — это ионы, определяющие потенциал (POI), поскольку скачок потенциала зависит от их концентрации.

В этом случае двойной электрический слой образуется в результате обмена анионами, которые определяют потенциал.

Стандартный водородный электрод. стандартные электродные потенциалы

Как упомянуто выше, абсолютное значение скачка потенциала на границе раздела электрод-раствор не может быть измерено экспериментально. Для практического определения потенциала электрода действуйте следующим образом: экспериментально измерьте ЭДС гальванического элемента, состоящего из двух электродов, и потенциал одного из них обычно принимается равным нулю.

Международным стандартом для сравнения электродных потенциалов является стандартный водородный электрод. Это платиновая пластина, покрытая платиновой сажей и насыщенная водородом H2 при p = 1 атм. Пластина погружается в раствор, где активность ионов водорода = 1 моль / дм3. Платина катализирует электродный процесс 2H + + 2e — H2. Электрохимическая схема стандартного водородного электрода: Pt, H2 (p = 1 атм) | H2SO4 (= 1 моль / дм3).

В этих условиях потенциал электрода водородного электрода принимается равным нулю = 0 и не зависит от температуры.

На основании решений Международной конвенции (Стокгольм, 1953 г.) для определения потенциала электрода создается гальваническая цепь, состоящая из измеряемого электрода и стандартного водородного электрода. При записи электрохимических цепей электрод с меньшим значением потенциала электрода (анод) записывается слева, а электрод с большим значением (катод) справа.

Например:

• (-) Zn | ZnSO4 || CuSO4 | Cu (+)
• (-) Zn — 2e> Zn2 + — процесс окисления
• (+) Cu2 + + 2e> Cu — процесс восстановления
• Zn + Cu2 +> Zn2 ++ Cu — общая токообразующая реакция.

Схема электрохимического контура с водородным электродом правильно написана в следующей последовательности: слева — стандартный водородный электрод, затем POI или весь электролит, а затем электрод: Pt, H2 (p = 1) | H2SO4 (= 1) || ZnSO4 | Zn.

В гальваническом элементе электроны перейдут от цинка к водородному электроду Pt, H2 (p = 1) | H2SO4 (= 1) || ZnSO4 | Zn.

Здесь будет происходить та же реакция, как если бы цинк был погружен в раствор серной кислоты (H2SO4). Электроны перешли бы от цинка к кислоте.

Для неактивных металлов, таких как медь, поток электронов идет от водородного электрода к медному электроду.

Измерьте ЭДС гальванического элемента в условиях равновесия.

Считается, что если поток электронов идет справа налево, то ЭДС отрицательна; если поток электронов идет слева направо, то ЭДС положительна.

В первом случае с цинком значение ЭДС отрицательно, во втором случае с медью значение ЭДС положительно, когда поток электронов идет слева направо.

Поскольку значение потенциала стандартного водородного электрода принимается равным нулю (= 0), ЭДС цепи равна потенциалу электрода измеряемого электрода.

При условии, что активность определяющих потенциал ионов составляет aPOI = 1 моль / дм3, потенциалы электродов называются стандартными, значения приведены в таблице при 25 ° C, они зависят от химической природы электрода, от заряда его ионы в растворе и выражаются в вольтах (V).

Расположенные в порядке возрастания стандартных электродных потенциалов, металлы представляют собой известную серию металлических напряжений.

Если aPOI ≥ 1, то потенциал электрода μ не является стандартным, и его зависимость от концентрации ионов определяется уравнением Нернста.

Уравнение Нернста. ЭДС равновесной электрохимической цепи, ее связь с изменением энергии Гиббса электрохимической реакции

Химическая энергия реакции в гальваническом элементе является источником электрической энергии. Наиболее важной количественной характеристикой гальванического элемента является ЭДС, которая равна разности потенциалов электрода: потенциал левого электрода (анода) вычитается из потенциала правого электрода, который больше по величине (катода).

Например, если в ячейке Якоби-Даниэля электрохимическая реакция Zn + Cu2 + = Zn2 + + Cu осуществляется в обратимых (равновесных) условиях, то выполняемая ею работа максимально равна работе электрических сил.

Если все процессы обратимы при постоянной температуре и давлении, то электрические работы, выполняемые гальваническим элементом, равны произведению ЭДС и количеству переданного электричества.

Максимальная работа реакции определяется уменьшением изобарико-изотермического потенциала согласно уравнению изотермы для элемента Якоби-Даниэля.

Это основное уравнение ЭДС гальванического элемента, состоящего из двух металлических электродов; его часто называют уравнением Нернста для определения ЭДС гальванического элемента.

Если активность ионов металлов в растворе не равна единице, то электродный потенциал металла не является стандартным. Зависимость потенциала металлического электрода от активности определяющих потенциал ионов в растворе определяется уравнением потенциала электрода Нернста.

Вывод этой формулы может быть дан на основе основного уравнения ЭДС гальванического элемента. Для определения потенциала электрода, как упомянуто выше, изготавливают гальванический элемент, один из полуэлементов которого является стандартным водородным электродом, а другой — испытательным, например медным.

Электрод представляет собой систему, в простейшем случае состоящую из двух фаз, из которых твердое тело имеет электронную, а другая — жидкость имеет ионную проводимость. Твердая фаза с электронной проводимостью считается проводником типа I, а жидкая фаза с ионной проводимостью считается II типом. Когда эти два проводника вступают в контакт, образуется двойной электрический слой (DES). Это может быть результатом ионного обмена между твердой и жидкой фазами или результатом специфической адсорбции катионов или анионов на поверхности твердой фазы, когда она погружена в воду или раствор.

С ионным механизмом образования DEL, например, в случае, когда химический потенциал атомов на поверхности металла (твердой фазы) больше, чем химический потенциал ионов в растворе, тогда атомы с поверхности металла перейдут в раствор в виде катионов: Me  Mez + + ze-. Высвобожденные электроны заряжают поверхность твердой фазы отрицательно и, как следствие, притягивают положительно заряженные ионы раствора к поверхности. В результате на поверхности раздела образуются два противоположно заряженных слоя, которые являются пластинами своего рода конденсатора. Для дальнейшего перехода заряженных частиц из одной фазы в другую им необходимо выполнить работу, равную разности потенциалов пластин этого конденсатора. Если химический потенциал атомов на поверхности твердой фазы меньше, чем химический потенциал ионов в растворе, то катионы из раствора переходят на поверхность твердой фазы, заряжая его положительно: Mez ++ ze-Me , Как в первом, так и во втором случае эти процессы не протекают бесконечно, но до установления динамического равновесия, которое может быть представлено обратимым окислительно-восстановительным переходом типа Me —  Mez + или, в общем случае, Ox + Редз +.

Процессы, в которых возврат или присоединение электронов происходит на электродах, называются электродом.

К сожалению, невозможно экспериментально установить внутренние потенциалы отдельных фаз  (Me) и  (p — p). Любая попытка подключить раствор с помощью провода к измерительному устройству вызывает появление новой поверхности контакта раствора металла, то есть появление нового электрода с собственной разностью потенциалов, которая влияет на измеряемый.

Однако можно измерить разницу  (Me) —  (p — p) гальванической ячейкой. Гальваническая ячейка — это система, состоящая из двух разных электродов, которая способна самопроизвольно преобразовывать химическую энергию окислительно-восстановительной реакции, происходящей в ней, в электрическую энергию. Электроды, которые составляют гальванический элемент, называются полуэлементами. Окислительно-восстановительная реакция, протекающая в гальваническом элементе, пространственно разделена. Полуреакция окисления происходит в полуэлементе, называемом анодом (отрицательно заряженный электрод), а полуреакция восстановления происходит на катоде.

Электродвижущая сила (ЭДС) гальванического элемента алгебраически состоит из различий во внутренних потенциалах составляющих его электродов. Поэтому, если электрод с известным значением разности внутренних потенциалов Me (Me) —  (раствор) принимается за один полуэлемент, то измеренное значение ЭДС можно использовать для расчета требуемой разности потенциалов изучаемый электрод.

Для этой цели обычно используют стандартный (нормальный) водородный электрод. Он состоит из платиновой пластины или проволоки, покрытой платиновой сажей (мелкая платина), погруженной в раствор кислоты с = 1 моль / л, давление водорода выше которого составляет 0,1 МПа (1 атм). Под каталитическим воздействием платиновой сажи в электроде происходит обратимый окислительно-восстановительный переход. Разница внутренних потенциалов для водородного электрода в соответствии с формулой Нернста составляет:

Ионы, от концентрации которых непосредственно зависит потенциал электрода, называются определяющими потенциал для данного электрода.

По природе определяющих потенциал ионов, есть I, II типа, окислительно-восстановительные электроды и мембранные электроды.

Электроды типа I включают металл, амальгаму и газ. Для них определяющими потенциал ионами являются катионы. Они обратимы по отношению к катионам.

Металлические электроды состоят из металла, погруженного в раствор, содержащий его ионы. Они могут быть представлены в виде диаграммы: MeZ + / Me, например Ag + / Ag. На них отвечает обратимый окислительно-восстановительный переход: MeZ + +  Me.

Газовые электроды состоят из инертного металла (обычно платины), контактирующего как с газом, так и с раствором, содержащим ионы этого газообразного вещества. Например, водородный электрод.

Электроды типа I обычно используются в EMA в качестве индикаторных электродов, то есть электродов, потенциал которых зависит от концентрации определенных ионов. Эта зависимость называется функцией электрода.

Электроды типа II состоят из металла, покрытого слоем его плохо растворимого соединения и погруженного в раствор растворимой соли, содержащей такой же анион, что и плохо растворимое соединение. Для них определяющими потенциал ионами являются анионы. Они обратимы по отношению к анионам.

Электроды типа II широко используются в электрохимических измерениях в качестве эталонов (электродов сравнения), поскольку их потенциал стабилен во времени и хорошо воспроизводится, если концентрация анионов поддерживается постоянной. Электроды Calomel и хлорид серебра чаще всего используются в качестве электродов сравнения.

Каломельный электрод состоит из ртути, покрытой пастой, содержащей каломель (Hg2Cl2), и в контакте с раствором KCl:

• Cl- / Hg2Cl2, Hg; ½ Hg2Cl2 +  Hg + Cl-;
• E (Cl- (Hg2Cl2, Hg)) = 0,2678-0,0257 ln (Cl-) при 298 К.

Обычно используются каломельные электроды с содержанием KCl 0,1 М; 1М и рассол.

При использовании насыщенного раствора потенциал хлорида серебра при 298 К составляет 0,22 В.

В мембранных (ионоселективных) электродах наиболее важным компонентом является полупроницаемая мембрана. Это тонкая жидкая или твердая пленка с преимущественной проницаемостью только для ионов одного типа (например, Na в присутствии ионов других щелочных металлов). Механизм полупроницаемости мембраны может быть различным. В некоторых случаях мембрана имеет поры определенного размера, через которые не проходят ионы больших размеров, в других случаях она изготовлена ​​из материала, который растворяет одно из веществ, присутствующих в растворе, и, таким образом, обеспечивает его прохождение через мембрану. Часто материал мембраны представляет собой органический или неорганический ионообменник, матрица которого содержит ионные группы. Последние могут обменивать ионы в своем составе на другие ионы и тем самым обеспечивать прохождение последних через мембрану.

Пусть, например, ионообменная мембрана разделяет внутренний раствор № 2 иона А + с концентрацией С2 и внешний анализируемый раствор № 1 того же иона с концентрацией С1. В результате ионного обмена ион A + из внутреннего и внешнего растворов попадет в мембранную фазу. Разница в концентрации ионов A + в растворе и мембранной фазе приведет к появлению граничных потенциалов E1 и E2 на обеих поверхностях мембраны.

Основной проблемой, возникающей при использовании мембранных электродов в качестве индикаторных электродов, является их селективность (селективность). В идеальном случае функция электрода должна выражать зависимость только от определенного типа ионов АЗ +. Однако почти невозможно найти мембрану, через которую проходили только эти ионы. Как правило, другие ионы проходят через мембрану, влияя на ее потенциал. Селективность мембранного электрода обычно оценивают по коэффициенту селективности CA, V, который учитывает вклад посторонних ионов в величину потенциала электрода. Чем ниже К, тем меньше влияние посторонних ионов на мембранный потенциал, тем выше селективность мембранного электрода. С учетом коэффициента селективности значение мембранного потенциала рассчитывается по формуле Никольского.

В качестве индикаторных электродов используются только мембранные электроды с K 1, то относительно иона B. Для определения CA, B измеряется EM в растворах с постоянным содержанием B и уменьшением A. При некотором минимальном значении pa (A) линейный характер зависимости E = f (pa (A)) нарушается. Это означает, что потенциал электрода перестает зависеть от a (A), т.е. теряет свою электродную функцию от A и не различает ионы A и B. В точке пересечения линейных участков EA = EB и при ZA = ZB: a (A) / a (B) = KA, B. Чем меньше CA, B, тем выше селективность электрода по отношению к иону A.

Вывод:

Время отклика ионоселективного электрода характеризует время, необходимое для достижения постоянного потенциала электрода. Чем короче время отклика, тем лучше электрод. Может варьироваться от секунд до минут. Это зависит от природы мембраны и метода измерения (перенос электрода из разбавленного раствора в концентрированный или наоборот). Для большинства электродов потенциал находится в пределах 1 мин. достигает 90% от окончательного значения.

Решение IUPAC принято считать равным 0,00 В. Очевидно, что в этом случае измеренное значение ЭДС гальванического элемента, который включает водородный электрод, равно разности внутренних потенциалов второго электрода. Эту ЭДС обычно называют потенциалом электрода или окислительно-восстановительным потенциалом и обозначают буквой Е. Переход от внутренних потенциалов к окислительно-восстановительным потенциалам не меняет природу формулы Нернста.

Для большинства электродов значение потенциала электрода при отдельных активностях окисленной и восстановленной форм (E0) измеряется и приводится в справочниках.

При нормальных условиях и при переходе от натурального к десятичному логарифму пре-логарифмический фактор становится равным 0,0591, и формула принимает вид

Присылайте задания в любое время дня и ночи в ➔

Официальный сайт Брильёновой Натальи Валерьевны преподавателя кафедры информатики и электроники Екатеринбургского государственного института.

Все авторские права на размещённые материалы сохранены за правообладателями этих материалов. Любое коммерческое и/или иное использование кроме предварительного ознакомления материалов сайта natalibrilenova.ru запрещено. Публикация и распространение размещённых материалов не преследует за собой коммерческой и/или любой другой выгоды.

Сайт предназначен для облегчения образовательного путешествия студентам очникам и заочникам по вопросам обучения . Наталья Брильёнова не предлагает и не оказывает товары и услуги.