9.5. Классификация электродов

Все электроды можно разделить на шесть групп:

1. Электроды первого рода – это металл, погруженный в раствор своей хорошо растворимой соли, он обратим относительно катионов металла. При этом протекает обратимая электрохимическая реакция следующего вида:

Me  Meⁿ⁺ + ne.

Схема полуэлемента Meⁿ⁺/Me. Например: Zn²⁺/Zn и Cu²⁺/Cu. При расчете потенциала используют уравнение Нернста в общем виде (9.8).

2. Электроды второго рода – это металл, покрытый своей труднорастворимой солью и обратим относительно аниона. Такие электроды используют как электроды сравнения, поскольку они обладают малым температурным коэффициентом и равновесие в системе устанавливается достаточно быстро. Реакция, протекающая при этом, имеет вид MeX  Meⁿ⁺ + X^– + ne, схема полуэлемента Me/MeX,X^–. Например, хлорсеребряный электрод Ag/AgCl,Cl^–; каломельный электрод Hg/Hg₂Cl₂,KCl; ртутно-кадмиевый электрод Hg/Hg₂SO₄,CdSO₄. Потенциал рассчитывают по уравнению:

(9.9)

3. Газовые электроды состоят из металлического проводника, который не должен посылать в раствор собственный ионы (платина и платиновые металлы), контактирующего одновременно с газом и раствором, содержащим ионы этого раствора. Чаще всего газовые электроды используют в качестве электродов сравнения, и к ним относятся водородный и кислородный электроды.

Равновесие на водородном электроде выражается равновесием 2H⁺ + 2e  H₂, а схема полуэлемента имеет вид H₂(Pt)/2H⁺. Так как в реакции участвует газообразный водород, то электродный потенциал зависит от давления газа

или _. (9.10)

На кислородном электроде в щелочной среде протекает реакция O₂ + 2H₂O + 4e  4OH^–, а схема полуэлемента имеет вид O₂(Pt)/OH^–. Выражение равновесного потенциала имеет вид:

или при T = 298 K.

_. (9.11)

4. Амальгамные электроды. Амальгама – это раствор металла в ртути. Электроды подобного типа используют для металлов химически активных, те которые в чистом виде химически взаимодействуют с водой. Например, кадмиевый амальгамный электрод Cd(Hg)/CdSO₄. Реакция Cd  Cd²⁺ + 2e. При расчетах используют уравнение Нернста в общем виде (9.8).

5. Окислительно-восстановительные электроды. Строго говоря, любая электрохимическая реакция является окислительно-восстановительной. Однако при более тонкой классификации к окислительно-восстановительным электродам относят только те электроды, в реакциях которых не принимают непосредственного участия металлы и газы. Такие электроды состоят из металлического проводника, контактирующего с раствором, содержащим окислители и восстановители. Например, Fe³⁺+e  Fe²⁺(Fe³⁺/Fe²⁺) или в общем виде Ox + ne  Red, а схема Pt/Ox, Red.

Уравнение Нернста имеет вид

(9.12)

6. Мембранные электроды, например стеклянный, который представляет собой тонкостенный стеклянный шарик, заполненный раствором электролита. Содержащиеся в стекле ионы натрия () обмениваются в растворе с ионами водорода: +H⁺  + Na⁺, схема полуэлемента – стекло ()/H⁺. Поскольку стеклянный электрод обратим относительно катионов водорода, то его используют в качестве индикаторного электрода и электродный потенциал рассчитывают по уравнению

E = E^o – 0,0002 pH. (9.13)

Используя другой подход, классификацию электродов можно провести по-другому.