- •Предмет электрохимии.
- •Проводники первого и второго рода.
- •Электрохимические реакции.
- •Законы электролиза (законы фарадея).
- •Причины электролитической диссоциации.
- •Подвижность ионов.
- •Подвижность ионов гидроксония и гидроксила.
- •Числа переноса ионов.
- •Недостатки теории аррениуса.
- •Теория электролитов дебая и гюккеля.
- •Диссоциация воды. РН растворов.
- •Диссоциация слабых электролитов.
- •Гидролиз солей.
- •Буферные растворы.
- •Произведение растворимости.
- •Гальванические элементы. Эдс.
- •Термодинамика гальванического элемента.
- •Измерение эдс.
- •Строение границы электродраствор. Двойной электрический слой.
- •Электродный потенциал.
- •Классификация электродов.
- •Электроды первого рода.
- •Электроды второго рода.
- •Газовые электроды.
- •Амальгамные электроды.
- •Физические цепи.
- •Концентрационные цепи.
- •Химические цепи.
- •Аккумуляторы.
- •Кинетика электрохимических процессов.
- •Концентрационная поляризация.
- •Электрохимическое перенапряжение.
- •Напряжение разложения.
- •Закономерности перенапряжения выделения водорода.
- •1. Влияние плотности тока
- •2. Влияние природы металла
- •3. Влияние природы и состава раствора
- •4. Влияние температуры и некоторых других факторов
- •Теории водородного перенапряжения.
- •Теория замедленной рекомбинации
- •Теория замедленного разряда
- •Электроосаждение металлов.
- •Анодное растворение и пассивность металлов.
- •Коррозия металлов. Борьба с коррозией.
Классификация электродов.
Если на электроде протекает частная реакция
A A + ... + nF = L L + ...
то потенциал электрода определяется уравнением :
= о + ln
т.е. при заданных Т и Р определяется (кроме о, который является константой) активностями веществ, участвующих в электродной реакции. Характер влияния активностей компонентов раствора на значение связан с природой электродной реакции и лежит в основе классификации электродов. Принято различать электроды первого рода, второго рода, газовые, окислительно-восстановительные и некоторые специальные типы электродов.
Электроды первого рода.
Электроды первого рода можно схематически представить в виде Мn+ М (если электрод металл) или в виде Меn- Ме (если электрод металлоид). Электродную реакцию записывают как
Mn+ + ne M или Me + ne Men-
= +ln =+ 2,303lg
= +ln = 2,303 lg
(т.к. активность чистого твердого вещества при заданной Т постоянна и можно принять ее условно равной 1).
Из уравнений следует, что потенциал электрода первого рода зависит от активности лишь одного вида ионов; эти ионы называются потенциалоопределяющими. В случае металлических электродов первого рода такими ионами являются катионы металла, а в случае металлоидных электродов анионы металлоида. Примеры металлических электродов : металл, погруженный в раствор своей соли (Ag в растворе AgNO3 Ag+ Ag ; Cu в растворе CuSO4 Cu2+ Cu). Пример металлоидных электродов первого рода селеновый электрод Se2- Se.
Металлические электроды первого рода имеют большое практическое значение и легче реализуются, чем металлоидные.
Электроды второго рода.
Электроды второго рода представляют собой полуэлементы, состоящие из металла, покрытого слоем его труднорастворимого соединения (соли, оксида, гидроксида) и погруженного в раствор, содержащий тот же анион, что и труднорастворимое соединение электродного металла. Схематически электрод второго рода можно представить как An- MA M , а протекающую в нем реакцию
MA + ne = M + An-
= + 2,303 lg = 2,303 lg
(учитывая, что активности металла и твердого соединения МА постоянны).
Т.о., потенциал электрода второго рода определяется активностью анионов труднорастворимого соединения электродного металла. Однако электроды второго рода обратимы и по отношению к катионам электродного металла :
ПРМА =
= 2,303 lg ПРМА + 2,303 lg =
+ 2,303 lg =
Из сопоставления потенциалов соответствующих электродов первого и второго рода можно найти ПР труднорастворимых солей.
Потенциалы электродов второго рода легко воспроизводимы и устойчивы, поэтому эти электроды часто применяют в качестве электродов сравнения, по отношению к которым измеряют потенциалы других электродов. Наиболее важны в практическом отношении каломельные, ртутно-сульфатные, хлорсеребряные, ртутнооксидные и сурьмяные электроды.
КАЛОМЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОД. Это ртуть, покрытая пастой из смеси каломели со ртутью, находящаяся в контакте с раствором KCl :
Cl- Hg2Cl2 Hg
Электродная реакция : Hg2Cl2 + 2e = Hg + 2 Cl-
кал = окал 2,303 lg
При 25оС кал = + 0,2678 0,059 lg
кал определяется активностью ионов Cl-. Наиболее часто употребляются каломельные полуэлементы, в которых концентрация KCl насыщенный раствор, 1.0 М или 0.1 М. Каломельные электроды, особенно насыщенный, удобны тем, что диффузионный потенциал, возникающий на границе данного раствора с насыщенным KCl, незначителен и во многих случаях его можно не принимать во внимание.
РТУТНОСУЛЬФАТНЫЙ ЭЛЕКТРОД SO42- Hg2SO4 Hg аналогичен каломельному, ртуть покрыта слоем пасты из ртути и сульфата ртути (I), а в качестве раствора используется H2SO4. При 25оС :
рт.с. = + 0,6156 0,0296 lg
ХЛОРСЕРЕБРЯНЫЙ ЭЛЕКТРОД представляет собой систему
Cl- AgCl Ag
хс = охс 2,303 lg = + 0,2224 0,059 lg
Ртутно-сульфатный и хлорсеребряный электроды целесообразно применять в тех случаях, когда исследуемый полуэлемент содержит в качестве электролита либо серную кислоту или сульфаты, либо соляную кислоту или хлориды. Чтобы уменьшить величину диффузионного потенциала, концентрацию этих электролитов в электродах сравнения следует брать такую же, как и в исследуемых полуэлементах.
МЕТАЛЛОКСИДНЫЕ ЭЛЕКТРОДЫ интересны тем, что здесь в роли анионов труднорастворимого соединения электродного металла выступают ионы гидроксида. К ним относятся, например, ртутнооксидный и сурьмяный электроды :
OH- HgO Hg и OH- Sb2O3 Sb
Уравнения электродных реакций и потенциалов этих электродов :
HgO + H2O + 2e = Hg + 2OH- рт.окс. = орт.окс. 2,303 lg
Sb2O3 + 3H2O + 6e = 2Sb + 6OH- сурьм. = осурьм. 2,303 lg
Уравнения для электродного потенциала получены при допущении, что постоянны активности не только соответствующих металлов и их оксидов, но и воды, также принимающей участие в электродной реакции.
Металлоксидные электрода второго рода, как и металлсолевые электроды второго рода, обратимы по отношению не только к ионам гидроксила, но и к ионам электродного металла. Кроме того, они обратимы и по отношению к ионам водорода, потому что ионное произведение воды при заданной Т постоянно для любого водного раствора электролита.
Металлоксидные электроды можно применять как электроды сравнения в любых растворах кислот и щелочей, однако ртутнооксидный электрод вследствие заметной растворимости оксидов ртути в кислотах можно рекомендовать лишь для растворов с рН 7. Сурьмяный электрод из-за неустойчивости состава его поверхностного оксида применять как электрод сравнения нельзя; он используется в качестве индикаторного электрода для приближенных определений рН в умеренно кислых и нейтральных растворах.