Глава 11. Электрохимические исследования и синтезы

11.1. Основные понятия и определения

Электрохимические работы в лаборатории связаны прежде всего с синтезом веществ, получением металлов и некоторых газов. При электрохимических исследованиях обычно определяют водородный показатель (рН); в ряде случаев применяют химиче­ские источники тока.

Электрохимические аналитические работы, требующие при­менения электронной аппаратуры (полярография, амперометрия, кулонометрия, потенциометрическое титрование и др.) здесь не рассматриваются, поскольку им посвящены многочис­ленные монографии.

Ниже кратко изложены основные электрохимические вели­чины, их единицы измерения и символы, рекомендуемые ИЮПАК.

Стандартный электродный потенциал (символ °, единица - вольт, В) - на­пряжение гальванического элемента Е, содержащего стандартный водородный и измеряемый электроды, в условиях, когда активности всех участников окис­лительно-восстановительной реакции, протекающей в гальваническом элемен­те, равны единице, внешнее давление составляет I атм (≈0.1 МПа),а температу­ра 25 ⁰С.

Значение ° считают положительным, если измеряемый электрод заряжен более положительно, чем стандартный водородный.

Стандартный электродный потенциал всегда относят к электродной полурекшии восстановления. Например, значение °(Zn/Zn²⁺) = -0.763 В относят к электродной полуреакции

Zn²⁺ + 2е^--= Zn.

Цинковый электрод в этом случае заряжен отрицательно по сравнению со стандартным водородным.

Напряжение гальванического элемента (символ Е, единица - вольт, В) - фи­зическая величина, равная отношению электрической работы) W_Э„ совершенной при перемещений положительного заряда вдоль всей электрической цепи, включая и гальванический элемент, к заряду Q.

E=W_Э/Q. (11.1)

Напряжение гальванического элемента - это предельное значение разности электродных потенциалов элемента при токе через него, стремящемся к нулю:

E= _п - _л (1-2)

Где - _пи _л соответственно электродные потенциалы правого и левого электродов , Е -напряжение гальванического элемента.

Значение Е принято считать положительным, если электрический ток во внешей цепи течет от левого электрода _л к правому _п . При таком условии левый электрод является отрицательным полюсом элемента и около него происходит реакция окисления (потеря веществом электронов), а правый электрод – положительным полюсом гальванического элемента, около которого протекает реакция восстановления (приобретение веществом электронов).

В процессе электрохимического синтеза необходимо следить за силой tow напряжением на электролизере, его сопротивлением и количеством электричества.

Электрическое напряжение (символ U, единица - вольт. В) - физическая величина, численно равная работе, совершаемой полем кулоновских сил при перемещении одиночного положительного заряда на участке электрической цепи, на концах которой измеряют электрическое напряжение. Вольт В = 1 Дж * Кл.

Количество электричества (символ Q, единица - кулон, Кл) - электричский заряд, переносимый через поперечное сечение проводника в одну секунду при силе постоянного тока в 1 А (1 Кл = 1 А * с).

Электрическое сопротивление (символ R, единица ом. Ом) - физическая ве­личина, численно равная отношению электрического напряжения на концах участка электрической цепи к силе тока I в цепи:

R=U/I (11.3)

Отсюда следует, что 1 Ом = 1 В/А.

Удельное электрическое сопротивление (символ , единица - Ом * см) опреде­ляют из уравнения

R=l/S (11.4)

где l - длина проводника, см; S - поперечное сечение проводника или электро­лита, см².

Удельная .электрическая проводимость (символ σ, единица – Ом^-1 * см^-1 или символ к, единица - сименс на сантиметр. См/см) - физическая величина, обратная удельному электрическому сопротивлению. Рекомендуют в качестве единицы применять Ом * см. а не См/см, так как из-за схожести обозначений сименса и сантиметра возникает возможность ошибки.