Електроди от първи и втори вид
Метална плоча или тел, потопена в разтвор, съдържащ йони на този метал, е обратимелектрод от първи вид. Пример за такъв електрод е обратимият меден електрод, описан по-горе. Като цяло формулата на електрода от 1-ви вид е написана, както следва:
където Me - електроден метал, Mez+ - метален йон със зарядz +,а - активност на йони в разтвор. Вертикалната лента показва интерфейса между метала и разтвора.
На повърхността на обратими електроди от 1-ви вид възниква обратима реакция, която най-общо се изразява с уравнението
Me 0 Û Mez+ +z е - .
Например за меден електрод:
формула - Cu ½ Сu 2+ (а ),
електродна реакция - Cu 0 Û Cu 2+ + 2е - .
Електродите от втори вид се състоят от метал, покрит със слой от слабо разтворимо съединение на този метал, потопен в разтвор, съдържащ аниони на това съединение. Умерено разтворимо съединение може да бъде всяка сол, както и оксид или хидроксид. Формулата за електрод от 2-ри вид като цяло изглежда така:
и електродната реакция - MeAn +z e - Û Me 0 + Anz- .
Електродите от 2-ри вид имат висока стабилност, което позволява поддържане на стойността на техния електроден потенциал с висока точност за много дълго време. Поради това те се използват в лабораторни и промишлени електрохимични инсталации като референтни електроди.
Еталонен електрод е електрод, по отношение на който се измерва потенциалът на друг електрод във всяко електрохимично устройство. Референтните електроди се използват например в pH метри, в инсталации запотенциометрично титруване, в полярографи и др. За да може този електрод да се използва като еталонен електрод, е необходимо да се поддържа строго определена концентрация на йони, участващи в електродната реакция на повърхността му. В лабораторната практика сред електродите от 2-ри вид най-често се използват електроди от сребърен хлорид и каломел.
Електрод от сребърен хлорид (SCE) е сребърна тел, покрита със слой сребърен хлорид и поставена в епруветка, пълна с разтвор на калиев хлорид. Като правило се използва наситен разтвор, тъй като концентрацията на KCl в него и, следователно, на Cl - йони, от които зависи електродният потенциал, се поддържа спонтанно постоянна с частично изпаряване на разтвора или с колебания във влажността на въздуха. За контакт с тестовия разтвор дъното на епруветката не е плътно, а под формата на тясна изтеглена тръба (капилярка), обикновено пълна с азбест. Формула на електрод от сребърен хлорид:
Ag½AgCl; Cl - (a ),
протичаща върху него електродна реакция:
AgCl + e - Û Ag 0 + Cl - .
Потенциалът на този електрод с наситен разтвор на KCl (т.нар. наситен електрод от сребърен хлорид) при 25 ° C е +0,222 V.
Друг референтен електрод екаломелов електрод. Това е епруветка с метален живак на дъното. Върху живачната повърхност се поставя слой паста, състоящ се от фино смлян Hg2Cl2 каломел, смесен с метален живак и калиев хлорид. Каломеловата паста се залива с разтвор на калиев хлорид. За електрически контакт се използва платинен проводник, изолиран от каломелова паста и от разтвор на калиев хлорид. Обикновено е запоен към дънотоепруветки. За контакт на разтвора на калиев хлорид с тестовия разтвор към епруветката се запоява тънка стъклена тръба с прибран връх, която също се пълни с разтвор на KCl („капиляр на Luggin“). Формула на каломелния електрод:
или с платинен входен дисплей
протичащата върху него електродна полуреакция:
Hg o + Cl - (a ) Û 1/2 Hg2Cl2 + e - ,
Каломелните електроди се използват главно в три различни варианта: с наситен („наситен каломелов електрод“, SKE), нормален и денормален разтвор на KCl като електролит. Потенциалите на тези електроди се измерват с голяма точност. При T \u003d 25 ° C те са равни:
1п. KCl + 0,2812 V,
0.1n. KCl + 0,3341 V.
От всички референтни електроди каломеловият електрод позволява да се получи най-стабилната стойност на потенциала. Неговият потенциал може да остане непроменен в продължение на много години. Следователно каломелните електроди, особено NCE, се използват за високопрецизни (прецизни) измервания.
Когато работите с каломелов електрод, трябва да се вземат предпазни мерки, тъй като металният живак е вреден за здравето. Освен това трябва да се внимава платиненият олово да не влиза в контакт с каломеловата паста, което води до изкривявания в работата на електрода.
Вгазовите електроди елементът, участващ в електродната окислително-редукционна реакция, е всеки газ (водород, кислород, хлор и др.). Най-разпространеният от тях и важен за практиката е водородният електрод. Помислете за устройството и принципа на работа на газовите електроди, като използвате неговия пример.
Водородният електрод е плоча от платинизирана (т.е. покрита със слой фина черна платина - „платинено черна“) платина,потопени в киселинен разтвор. По принцип може да се използва всякаква киселина, но на практика най-често се използва сярна киселина поради ниската й летливост. Газообразният водород преминава през киселинния разтвор отдолу, "измивайки" повърхността на платината. Най-малките водородни мехурчета се задържат от порестата повърхност на черната платина и се обездвижват. Излишният водород се отстранява в атмосферата. В такъв електрод електрохимично активният елемент е молекулярен водород, а платината служи само като проводящ субстрат. Формула на водороден електрод:
Pt ½ H2; H + (a ),
протичаща върху него електродна реакция:
Водороден електрод с активност на H + йони от 1 mol/l се наричанормален водороден електрод. Нормалният водороден електрод, при който налягането на H2 газ се поддържа на 1 atm, се наричастандартен водороден електрод.
Стандартният водороден електрод, или по-скоро неговият потенциал, играе важна роля в електрохимията. Факт е, че потенциалът на всеки отделен електрод не може да бъде измерен експериментално. Възможно е да се измери само електродвижещата сила на галваничен елемент, съставен от два електрода. Отправната точка за измерване на ЕМП, а оттам и на електродните потенциали, е потенциалът на стандартен водороден електрод при 25 ° C, условно взет равен на нула. Всички електродни потенциали, посочени в референтните таблици, строго погледнато, са стойностите на потенциалната разлика между дадения електрод и стандартния водороден електрод. Добре познатата серия от метални напрежения се основава на тези потенциални разлики.
Водородният електрод може да се използва и като референтен електрод. В същото време е необходимо да се следи постоянството на поддържанеH2 налягане и концентрация на H+ йони в електролита.
Водородният електрод е доста обемиста инсталация, която включва цилиндър с редуктор за поддържане на необходимото налягане на водорода (или в най-простата версия - апаратът Kipp). Водородният газ е експлозивен, така че трябва да се вземат предпазни мерки при работа с него. Освен това, въпреки ниската летливост на сярната киселина, нейната концентрация в разтвор по време на работа на инсталацията все още се променя поради увличането с водород както на самия H2SO4, така и по-специално на водата под формата на пари. Трябва да сте наясно и с опасностите от работа със сярна киселина. Поради тези причини водородният електрод рядко се използва в рутинната лабораторна практика.