Levchenkov a
Fizikai és kolloid kémia
Összefoglaló előadás a diákok a biológiai kar SFU (RSU)
3.5 Elektrokémiai folyamatok
3.5.4 osztályozása elektródák
Szerint a típusú elektród reakció, minden elektródák két csoportra osztjuk (csoport osztottak külön redox elektródák, amelyet kimondottan tárgyalt szakaszban 3.5.5).
Az elektródák az első fajta
Az első fajta elektródák elektródokat tartalmaz, amely fémlemezek, merített sóoldatban az azonos fém. Amikor a reverzibilis tagja, amely magában foglalja egy elektróda a fém lemez a folyamat átmeneti fém kationok oldatban vagy oldatban a fém. így az első fajta reverzibilisek elektródák ezek potenciális és kapcsolódó kation Nernst-egyenlet (III.40) a koncentrációja a kation (első típusú elektródák és hidrogénatomot is magában foglalja elektród).
Az elektródák a második fajta
második típusú elektródák elektródák, amelyben egy fém van bevonva rosszul oldódó só a fém és tárolt tartalmazó oldatban egy másik oldható sóját ugyanazon anion. Elektródák ilyen típusú reverzibilis tekintetében az anion és a függőség a elektród potenciál a hőmérséklet és a koncentráció az anion felírható az alábbi formában:
Annak meghatározására, az elektród potenciál a mérendő elem EMF a sejt, tagjai az elektróda és a teszt elektródát egy ismert potenciális pontosan - a referencia elektród. Példaként tartjuk hidrogénatom, kalomel és ezüst-klorid elektródák.
A hidrogén elektród egy platina lemez, mostuk hidrogéngázzal, oldatába merítjük hidrogént tartalmazó ionokat. Platina adszorbeált hidrogén egyensúlyi gázhalmazállapotú hidrogén; elektród vázlatosan az alábbiak szerint:
Elektrokémiai egyensúly az elektród lehet tekinteni, mint a következő:
Hidrogén elektródpotenciál aktivitásától függ a H + ionok oldatban, és a hidrogén nyomását; standard hidrogén elektród potenciálja (amelynek aktivitása H + ionok 1 mol / l, és a hidrogén nyomása 101,3 kPa) tekinthető nullával egyenlő. Ezért, a nem-standardpotenciál a hidrogén elektród felírható:
Kalomel elektród. Munka hidrogén elektróddal, nem kellemetlen, azonban, mint a referencia elektród gyakran használják egyszerűbb kezelhetőség kalomelelektródához, a nagysága elektród potenciálját, amely képest a standard hidrogén elektród pontosan ismert, és csak a hőmérséklettől függ. Kalomel elektród áll higany elektród, elhelyezett egy bizonyos koncentrációjú KCl-oldattal és telített kalomel-Hg2 Cl2:
Kalomel elektród invertálható viszonyítva klórt anionok és a Nernst-egyenlet mert:
Ezüst-klorid elektródát. Mivel a referencia elektród használt, mint a másik elektróda a második fajta - ezüst-klorid, amely egy ezüst huzal bevont ezüst-klorid és oldatba helyezzük a kálium-klorid. Ezüst-klorid elektródát is invertálható képest klór- anionok:
Ezüstklorid elektród lehetséges méretét aktivitásától függ kloridionok; Ez az összefüggés a következő:
A leggyakoribb referencia elektródot által használt telített ezüst-klorid-elektród potenciálját, amely függ csak a hőmérséklet. Ellentétben kalomel, ez stabilabb emelt hőmérsékleten és alkalmazható mind a vizes, mind a sok nem-vizes közegben.
Elektródák reverzibilis viszonyítva hidrogénion használt a gyakorlatban aktivitásának meghatározására ezekre az ionokra oldatban (és ennélfogva az oldat pH-ját) potenciometriás módszerrel, meghatározásán alapul az elektród potenciál oldatban ismeretlen pH, majd kiszámítjuk a pH a Nernst-egyenlet. Mint egy indikátor elektródot lehet használni, és a hidrogén-elektród, de ez kényelmetlen dolgozni a gyakorlatban gyakran használt üveg és a kinhidron elektród.
Kinhidron elektród. osztályába tartozó redox elektródák (lásd alább.), egy platina huzal, csökkentette az edénybe az oldattal vizsgált, amelyben egy előre elhelyezett feleslegben kinhidron C6 H4 O2 · C6 H4 (OH) 2 - vegyületet kinon C6 H4 O2 és hidrokinon C6 H4 (OH) 2. képes interkonverziós az egyensúlyi oxidációs-redukciós folyamatot, amelyben a hidrogén-ionok vesznek részt:
Kinhidron elektróda úgynevezett redox elektród (lásd 3.5.5 ..); függése a kapacitás a hidrogén-ion aktivitás a következő formában:
Üvegelektróda. a leggyakoribb megjelenítési elektród utal az úgynevezett vagy ion-szelektív membránnal elektródok. A kezelő az ilyen elektródok az ioncserélő reakciók végbemenetelét a határokat a membránok oldataival elektrolitok; ionszelektív elektródok visszafordítható mind kation és anion.
A működési elve a membrán elektróda a következő. Szelektív membrán képest néhány iont (azaz, cseréjére alkalmas ezen ionok oldatból) elválasztja két megoldást különböző aktivitását az ion. A potenciálkülönbség jön létre a két fél között a membrán, segítségével mérjük két elektróda. Egy megfelelő összetétele és szerkezete a membrán potenciál függ az ion aktivitás, amellyel kapcsolatban a membrán szelektív, mindkét oldalán a membrán.
A leggyakrabban használt üveg elektród, mint egy tömlőt lezáró vékony falú üvegbúra. A labda van töltve HCI-oldattal, amelynek specifikus aktivitása a hidrogén-ionok; A segédelektród (általában ezüst-klorid) oldattal felszívódik. A potenciális üvegelektróddal hidrogén-függvényt (azaz, reverzibilis képest a H + ion) van kifejezve az alábbi egyenlet
Meg kell jegyezni, hogy a standard potenciál # 949; ° tétel mindegyik elektróda-érték, amely az időben változik; Ezért, üveg elektródos pH-minden mérés előtt kalibráltuk standard pufferoldat ismert pH pontosan.
3.5.5 Redox elektródok
Ellentétben az elektróda leírt folyamatok esetében a redox folyamatokat megszerzése elektródák és elektronok visszahatás atomok vagy ionok nem fordul elő az elektród felületén, de csak az elektrolit oldatban. Elhagyása platina (vagy más inert) elektród az oldatban tartalmazó di- és háromszoros töltésű vasion, és egy vezeték csatlakoztatására az elektróda a másik elektród, lehetőség van visszaállítani vagy Fe 3+ ion Fe 2+ miatt az elektronok kapott platina vagy oxidációs ionok Fe 2+ Fe 3+ platina elektrontranszfer. Platina magát az elektróda folyamatban nem vesznek részt, mint a hordozó elektronok. Az ilyen elektródot tartalmazó inert vezető az első fajta, helyezzük elektrolit oldat, amely egy elem különböző oxidációs szinteken, úgynevezett redox vagy redox elektróda. Potenciális redox elektróda meghatározva viszonyítva standard hidrogén elektród:
Függőség potenciális redox elektród # 949; RO a koncentráció (aktivitás) az oxidált [Ox] és redukált formája [Red] a redox reakcióban, amely nem vesz sem más részecskék, kivéve az oxidálószer és a redukálószer is az alábbi formában (ahol n - az elektronok száma részt vevő elemi esemény redox reakció):
Ebből expressziós egyenletet a potenciális a fém elektród (III.40), mint aktivitását a fématomok (redukált forma) anyagában az elektróda egyenlő egységét.
Abban az esetben, bonyolultabb rendszerek szempontjából redoxpotenciál ábra koncentrációjú összes vegyület a reakcióban résztvevő, azaz alatt oxidált forma minden kapcsolatot kell érteni a bal oldalon a reakció egyenlet
alatt a felújított - minden kapcsolatot a jobb oldalon az egyenlet. Például, a redox reakciók zajlanak járó hidrogén ionok
Nernst egyenlet lesz írva a következő:
Elkészítésekor elektrokémiai cella magában egy redox reakciót egy elektród az elektróda az utóbbi jellegétől függően a második elektród lehet akár oxidáló vagy redukáló. Például, ha létre galvánelem a elektród Pt / Fe 3+. Fe2 + és a második elektród egy pozitív elektróddal potenciálja, amikor a működtető tag redox elektród lesz az anód, azaz folyni fog oxidációs eljárás:
Ha a lehetséges a második elektród kisebb, mint a lehetséges Pt / Fe 3+ elektród. Fe2 +. az utolsó fog bekövetkezni redukciós reakció, és ez lesz a katód:
Fe 3+ + e - -> Fe 2+
Értékek ismeretében elektród potenciál, hogy meghatározzuk a előfordulásának lehetősége és iránya minden spontán redox reakció az egyidejű jelenléte az oldatban a két vagy több redox párok. Redukált formája olyan elem vagy ion visszaállítja oxidált formában egy másik elemen vagy ion egy pozitív elektróddal potenciál.