2 Электродтардың жіктелуі

 

          Электродтар жіктелуінің негізін электролит ерітіндісі – электрод бөлу бетінде өтетін процестер құрайды. Электродтардың үш типі болады.

1)       Металл электродтары

-         Электродтық  реакциясы келесі:

Ме⁰      Ме^п+.

-         Металл электродының сұлбасы: Меⁿ⁺ /Ме⁰.

-        Металл электродының потенциалын есептейтін Нернст теңдеуі:

                                               .                           (5.3)

          Сұйылтылған ерітінділер үшін активтіліктің концентрациядан айырмашылығы өте аз болатындықтан (а  с), активтіліктің орнына концентрацияны қолдануға болады.

          Егер  болса,  онда .

2)       Газ электродтары        

          Газ электродтары осы газдың иондары бар ерітіндімен және газбен контактілейтін металл өткізгішінен тұрады. Металл өткізгіші электрондарды тасымалдау үшін, сонымен қатар электродтық реакцияның катализаторы болып келеді (яғни электродта тепе-теңдікті орнатады).  Металл өткізгіші ерітіндіге өзінің иондарын жібермеуі тиіс. Бұл шартқа газ электродтарын жасағанда ең жиі қолданылатын платина және платина металдары сәйкес келеді.

          Газ электродтарының тепе-теңдік электродтық процестеріне газ тәрізді компоненттер қатысатындықтан, олардың электродтық потенциалдары газдардың парциалды қысымдарына тәуелді болады.

а)       Сутектік электрод.

-         Электрод сұлбасы: Н₂, Pt / Н⁺.

-         Сутек электродында өтетін реакция: .

-         Сутек электродының потенциалын есептейтін Нернст теңдеуі:

   ,                                  (5.4)

          мұнда     - Н⁺ электролиті иондарының активтілігі;

- сутектің салыстырмалы парциалды қысымы.

         298К-де  = ,   екендігін ескерсек, келесі теңдеуді  аламыз:

.                                  (5.5)

          Сутек газының қысымы мен ерітінді рН мәні жоғарлаған сайын сутек электродының потенциалы төмендейді.

б)       Оттектік электрод

          Оттектік электродты жасау үшін металл пластинасын (мысалы, платинаны) ОН^--иондары бар ерітіндімен және оттегімен контактқа әкелу қажет.

-         Электрод сұлбасы: О₂, Pt / ОН^- .

-         Электродта өтетін реакция: О₂ + 2Н₂О + 4 4ОН^-

-         Оттектік электродтың потенциалын есептейтін Нернст теңдеуі:

 ,                           (5.6)

          мұнда - оттектік электродтың стандарттық потенциалы, 0,401В тең ( болғанда).

          Н₂О активтілігі реакция кезінде аз өзгеретіндіктен, оны тұрақты шама деп санайды да мәнін стандартты потенциалдың мәніне енгізеді

          - тұрақты шама, ,  болатынын ескерсек, келесі теңдеуге келеміз:

.                           (5.7)

          Оттегі газының қысымы жоғарлап, рН мәні төмендеген сайын  оттек электродының потенциалы жоғарлайды.

          Газ электродтарымен қатар салыстырушы электродтар ретінде каломель және хлоркүміс электродтарын қолдануға болады.

3)       Тотығу-тотықсыздану (редокс) электродтары

          Тотығу-тотықсыздану электродтары деп реакцияларына металдар мен газдар қатыспайтын электродтарды айтады. Әдетте электрод ретінде электрондарды тасымалдаушы рөлін атқаратын, өзі реакцияға қатыспайтын  Pt немесе Au пластинасы қолданылады. Ерітіндіде заттың тотыққан және тотықсызданған түрлері болады.

-         Электрод сұлбасы: Pt / Ox, Red .

-         Электродта өтетін реакция: Ох + ne Û Red.

-         Редокс-электродтың потенциалын есептейтін Нернст теңдеуі:

                                 (5.8)

          Тотығу-тотықсыздану электродтардың потенциалы жүйелердің тотықтырғыш немесе тотықсыздандырғыш қабілеттілігінің мөлшері болып табылады: потенциал оң мәндер жағына ығысқан сайын тотықтырғыш қабілеттілігі жоғарылайды, ал тотықсыздандырғыш қабілеттілігі -  теріс мәндер жағына қарай.

 

Типтік есеп   № 1

          Темір иондарының концентрациясы с(Fe²⁺) = 0,1моль/л FeCI₂ ерітіндісіне батырылған темір электродының электродтық потенциалын есептеңіз. Жүйенің стандартты электродтық потенциалы: =  - 0,44 B.                  

Шығарылуы

а) Темір электродын FeCI₂ ерітіндісіне батырғанда тотығу-тотықсыздану процесі өтеді:

Fe⁰      Fe²⁺.

б) Нернст теңдеуі бойынша (5.3) темір электродының реалды электродтық потенциалын есептейік:                      

 = +  ℓg c(Fe²⁺).

 =  - 0,44  +  0,0295 ∙ ℓg 10^-1,         =  - 0,44 – 0,0295 = - 0,47 В.

Жауабы: =  - 0,47 B.

 

Типтік есеп  № 2

Реакциясы  MnO +  8H⁺      Mn²⁺   +  4H₂O  теңдеуі бойынша өтетін

электродтың тотығу-тотықсыздану потенциалын есептеңіз. 

          Жүйенің стандартты электродтық потенциалының мәні: +1,51 В; Mn²⁺ және MnO иондарының концентрациялары 0,1 моль/л = 10^-1 моль/л;  pH = 5; T = 298 K.                                            

Шығарылуы

а) Нернст теңдеуі (5.8) бойынша берілген тотығу-тотықсыздану электродының потенциалы:      

 =   +  .

          Қатты фазадағы заттар концентрациялары және судың концентрациясы тұрақты шамалар және  Е⁰ мәніне кіретіндіктен, потенциалдың теңдеуі оңайланады:

=   + .

б) Есептің шартынан иондар концентрацияларының мәндерін теңдеуге енгізейік:

=  1,51  +  0,0118· ,

=  1,51 + 0,0118·ℓg 10^-1 + 0,0118·ℓg c⁸(H⁺) – 0,0118·ℓg 10^-1,

=  1,51 - 0,0118 + 0,0118 ∙ 8·ℓg c(H⁺) + 0,0118.

в)       рН = -ℓg c(H⁺) болғандықтан,  теңдеу келесі түрге келеді:

 =  1,51  +  0,018 ∙ 8 ∙(-5)  =  1,04.

Жауабы: =  +1,04 B.