Определение электродных потенциалов

Для измерения электродных потенциалов составляют гальванический элемент из исследуемого электрода и стандартного водородного электрода.

Примером может служить гальваническая цепь с медным электродом:

Рt, H₂ | H⁺ || Cu²⁺ | Cu

ЭДС этой цепи будет равна:

Е = (Cu²⁺/Cu) – (2H⁺/H₂).

Если условия стандартные: а(Н⁺) = 1 моль/л, р(Н₂) = 1 атм, а(Cu²⁺) = 1 моль/л, то ^о(2H⁺/H₂) = 0 и ^о(Cu²⁺/Cu) = Е.

Если будет электрод цинковый, то (Zn²⁺/Zn) = Е  0, так как согласно правилам ИЮПАК, чтобы определить знак потенциала цинкового электрода по водородной шкале, необходимо составить цепь со стандартным водородным электродом, расположенным слева:

Pt,H₂|H⁺||Zn²⁺|Zn.

В этой цепи электричество течет справа налево, поэтому ЭДС  0 и ^о(Zn²⁺/Zn)  0, но стандартный потенциал (^о) и для цинкового и медного электродов равен ЭДС.

F Стандартный электродный потенциал численно равен ЭДС гальванического элемента составленного из определяемого и стандартного водородного электрода.

Значения стандартных электродных потенциалов представлены в таблице 5 (приложение).

Тема: Биопотенциалы (диффузионные, мембранные)

Цели изучения: получить представление о механизме возникновения диффузионных и мембранных потенциалов и их роли в возникновении биопотенциалов.

 Повторить: виды электрических потенциалов, механизмы возникновения электродных потенциалов, зависимость потенциалов от активности ионов в растворе.

Учебно-целевые вопросы

1. Диффузионный потенциал. Механизм возникновения. Роль в возникновении биопотенциалов.

2. Мембранный потенциал. Механизм возникновения.

3. Биоэлектрические потенциалы. Потенциал покоя и потенциал действия.

Краткая теоретическая часть Основные понятия, определения, формулы Диффузионный потенциал

F Диффузионный потенциал возникает на границе раздела двух растворов, содержащих один электролит различной концентрации, или двух растворов различных электролитов вследствие различия в подвижности их катионов и анионов.

Например, если два раствора хлороводородной кислоты разной концентрации разделить пористой перегородкой и привести в контакт между собой, то на границе раздела возникает процесс взаимной диффузии (рис. 13).

исходное состояние стационарное состояние

Рис. 13. Схема возникновения диффузионного потенциала на границе раздела растворов НСl разной концентрации

Так как подвижность ионов Н⁺ больше подвижности ионов Сl^– (табл. 2 приложения), то они распределяются неравномерно по отношению к границе раздела. Раствор 2 с меньшей концентрацией НСl приобретает заряд более подвижных ионов Н⁺. Возникающая разность потенциалов называется диффузионным потенциалом (_диф.). Диффузионный потенциал тормозит более «быстрые» ионы и ускоряет более «медленные», так как силы электрического поля направлены против сил диффузии. Диффузионный потенциал не является равновесным, но в обычных условиях остается – постоянным в течение долгого времени.

Диффузионный потенциал рассчитывают по уравнению Гендерсона:

где u , u – подвижности катионов и анионов;

а₁(Х) – активность ионов в растворе, из которого идет диффузия;

а₂(Х) – активность ионов в растворе, куда идет диффузия.

z – заряд ионов.

Величина диффузионного потенциала обычно не превышает нескольких сотых вольта, а если подвижности ионов близки, то _диф.  0. Для устранения диффузионного потенциала в гальванических элементах применяют так называемые солевые мостики–трубки, заполненные концентрированными растворами КСl или NH₄NO₃. Резкое уменьшение диффузионного потенциала в этом случае связано с тем, что ионы концентрированного раствора проводят практически весь ток в зонах соприкосновения, а подвижности катионов и анионов этих солей близки. Кроме того, один диффузионный потенциал на первоначальной границе заменяется при введении солевого мостика двумя потенциалами меньшей величины. К тому же эти два потенциала часто оказываются противоположными по знаку.

В биологических системах диффузионный потенциал возникает при механическом повреждении клеток, поэтому его называют потенциалом повреждения.