По принципу применения:
Индикаторные электроды – электроды, у которых изменяется потенциал с изменением концентрации определяемых ионов
Представители – металлические электроды, водородный и хингидронный электроды
Электроды сравнения – электроды с известным точно воспроизводимым потенциалом, не зависящие от концентрации определяемых ионов
Представители – стандартный водородный электрод, каломельный и хлорсеребряный электроды
Электродные процессы – окислительно-восстановительные реакции, протекающие на электродах. При погружении металла в воду протекает реакция гидратации, в результате которой под действием полярных молекул воды образовавшиеся ионы металла отрываются от поверхности пластинки и гидратированными переходят в жидкую фазу. Электрические заряды переходят из одной фазы в другую. Жидкая фаза заряжается положительно, металлическая поверхность заряжается отрицательно за счёт избытка электронов.
Три механизма возникновения электрического заряда на поверхности раздела фаз:
Поверхностная диссоциация функциональных групп
Избирательная адсорбция ионов электролитов
Ориентирование полярных молекул на межфазной границе
На границе раздела фаз металл – раствор возникает ДЭС. ДЭС тормозит дальнейший переход ионов металла в жидкую фазу, между раствором и металлом устанавливается равновесие
Состояние равновесия зависит от природы металла, концентрации ионов в растворе, от температуры и давления. При погружении металла в раствор соли равновесие смещается влево, так как возрастает концентрация ионов металла в растворе. При удалении электронов из металла равновесие смещается вправо, металл растворяется. ДЭС соответствует определённый скачок потенциала. Причина возникновения скачка потенциала – окислительно-восстановительные процессы на поверхности электродов.
Электродный потенциал – разность потенциалов, возникающая в ДЭС на границе металл – раствор. Электродный потенциал зависит от природы металла, от концентрации ионов металла в растворе, от температуры. Рассчитать теоретически и определить практически абсолютную величину электродного потенциала невозможно, можно измерить разность потенциалов между электродом и проводником. Электродные потенциалы определяют электрохимической цепью – гальваническим элементом – устройством, в котором происходит превращение энергии окислительно-восстановительных реакций в электрическую энергию, то есть в энергию возникновения электрического тока.
Устройство гальванического элемента:
Два ёмкостных сосуда с погружёнными в раствор электродами
Электропроводящий мостик, заполненный раствором электролита, связывающий растворы солей, препятствующий диффузии растворов этих же солей
Анод – электрод, на котором в результате реакций происходит процесс окисления
Катод – электрод, на котором в результате реакций происходит процесс восстановления
Источник электрического тока работа переноса электролита из более концентрированного в более разбавленный раствор. Важная гальваническая характеристика – ЭДС – разность электродных потенциалов, возникающая на границе раздела фаз в разомкнутой цепи. На двух концах разомкнутой цепи находится один и тот же металл – правильно разомкнутая цепь. При замыкании гальванического элемента возникает ЭДС, равная разности потенциалов между двумя полуэлементами: из потенциала полуэлемента, в котором происходит восстановление (справа, положительный электрод), вычитают потенциал полуэлемента, в котором происходит окисление (слева, отрицательный электрод). Величина ЭДС всегда положительная.
Разность потенциалов можно определить между двумя точками, находящимися в одной и той же фазе
Разность электрических потенциалов или скачок потенциала между двумя точками, находящимися в различных фазах, определить невозможно, можно определить общий энергетический эффект.
Равенство электрохимических потенциалов частиц, находящихся в различных фазах
Работа перенесения заряженной частицы из фазы 1 в фазу 2 равна разности её электрохимических потенциалов в этих фазах:
При равновесии эта работа равна нулю. В электрохимической цепи скачки потенциала возникают на границе любых фаз, встречающихся на пути прохождения электрического тока. ЭДС электрохимической цепи равна алгебраической сумме скачков потенциала, возникающих на границе всех фаз.