Электроды Физхимия. Электроды. Понятие электрохимической системы
 Скачать 1.29 Mb.
|
|
Тема: ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА План: Понятие электрохимической системы Классификация электродов Электроды сравнения Измерительные электроды Понятие электрохимической системы1 – источник тока; 2 – анод; 3 – электролит; 4 - катод Система, состоящая из металла, погруженного в раствор электролита, называется электродом, то есть электроды в электрохимии – это системы из двух токопроводящих тел: проводников 1 и 2 рода. Значения электродных потенциалов определяются относительно некоторого электрода, потенциал которого условно принят за нулевой. Таким эталонным электродом выбран водородный в стандартных условиях. уравнение Нернста для электродного процесса: В этом уравнении – ЭДС реакции, n – число электронов, участвующих в электронной реакции, F – число Фарадея Активность твердого вещества ( ) принимается равной единице, поэтому в случае рассматриваемого нами металлического электрода уравнение Нернста упрощается: КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОДОВПо типу потенциалопределяющей реакции (окислительно-восстановительного электродного процесса) электроды делят на электроды первого рода, второго рода (электроды с электрохимической реакцией) и ионоселективные (без электрохимической реакции) К электродам первого рода относятся электроды, в уравнение Нернста которых под знаком логарифма входят активности веществ, участвующих в электродной реакции. Потенциал таких электродов меняется с изменением концентрации реагентов. Электродами первого рода являются: 1. Электроды, состоящие из элементарного вещества, находящегося в контакте с раствором, содержащим его собственные ионы. а) Металлический электрод – металл, погруженный в раствор своей соли M|Mе+, например, цинковый электрод: Металлический электрод обратим по отношению к катиону. Его электродный потенциал б) Газовый электрод в качестве одного из компонентов электродной пары содержит газ (H2, Cl2 и др.), адсорбированный на химически инертном проводнике первого рода (обычно платина, покрытая платиновой чернью). При контакте адсорбированного газа с раствором собственных ионов устанавливается равновесие. Электроды второго рода представляют собой металлические электроды, покрытые слоем труднорастворимой соли того же металла. При погружении в раствор соли одноименного аниона его потенциал будет определяться активностью иона в растворе. а) Хлорсеребряный электрод (ХСЭ) Ag, AgCl|Cl– представляет собой серебряный проводник, покрытый твердым AgCl, который погружен в насыщенный раствор KCl. Потенциалопределяющими являются ионы хлора, а электродный процесс может быть представлен уравнением б) Каломельный электрод (КЭ) Hg, Hg2Cl2|Cl– – это ртуть, находящаяся в контакте с пастой из смеси ртути и каломели Hg2Cl2, которая, в свою очередь, соприкасается с насыщенным раствором KCl. в)электроды сурьмяные ОН- lSb2O3lSb применяются в качестве измерительных электродов в pH-метрах различных типов. Стеклянный микросурьмяный электрод представляет собой сурьмяную нить, впаянную в стеклянный капилляр или запрессованную во фторопласт. потенциал сурьмянокисного индикаторного электрода определяется уравнением Е =0,264 - 0,0536 рН. г) Ртутнооксидный электрод Hg/HgO, NaOH (1 M)рекомендуется использовать в растворах с рН>7.Устроен аналогично каломельному электроду. д) Ртутносульфатный электрод Hg/Hg2SO4,H2SO4 (0.5 M) или Hg/Hg2SO4,K2SO4 (нас.). Целесообразно применять в растворах, содержащих серную кислоту и сульфаты. Окислительно-восстановительные электроды Хингидронный электрод (ХГЭ) используют для измерения рН во всех растворах, где применим водородный электрод, в растворах алкалоидов, насыщенных кислот, в присутствии разбавленных растворов азотной кислоты и ее солей. Наиболее распространенные электроды сравнения, используемые для электрохимических измерений в водных средах
ВОДОРОДНЫЙ ЭЛЕКТРОДВодородный электрод — электрод, использующийся в качестве электрода сравнения при различных электрохимических измерениях и в гальванических элементах. Схема стандартного водородного электрода: 1.Платиновый электрод. 2.Подводимый газообразный водород. 3.Раствор кислоты (обычно HCl), в котором концентрация H+ = 1 моль/л. 4.Водяной затвор, препятствующий попаданию кислорода воздуха. 5.Электролитический мост (состоящий из концентрированного р-ра KCl), позволяющий присоединить вторую половину гальванического элемента. водородный электрод: платина, опущенная в раствор содержащий ионы водорода H + (раствор кислоты), через который пропускается газообразный водород Потенциал пластины зависит от концентрации ионов Н+ в растворе. Электрод является эталоном, относительно которого ведется отсчет электродного потенциала определяемой химической реакции. на поверхности платины обратимо протекает реакция: 2Н+ + 2e− = H2 Уравнение Нернста: ХЛОРСЕРЕБРЯННЫЙ ЭЛЕКТРОДХлорсеребряный электрод (ХСЭ) Ag, AgCl|Cl– представляет собой серебряный проводник, покрытый твердым AgCl, который погружен в насыщенный раствор KCl. активность ионов Ag+ связана с легко задаваемой в данной системе активностью ионов Cl- ; Потенциалопределяющими являются ионы хлора, а электродный процесс может быть представлен уравнением Уравнение Нернста: КОНСТРУКЦИИ ХСЭ ЭЛЕКТРОДАТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ЭВП-08 электрод вспомогательный промышленный ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Каломельный электрод (КЭ)— электрод, использующийся в качестве электрода сравнения в гальванических элементах. Ртутный электрод вследствие высокого перенапряжения разряда ионов водорода можно использовать в области высоких отрицательных потенциалов. В области же анодных потенциалов применение ртутного электрода ограничено потенциалом окисления металлической ртути. Принцип действия каломельного электрода тот же, что и хлорсеребряного. Каломельный электрод состоит из платиновой проволочки, погружённой в каплю ртути, помещённую в насыщенный каломелью Hg2Cl2 раствор хлорида калия KCl определённой концентрации. Схематически его записывают следующим образом: Pt|Hg|Hg2Cl2|Cl−. Уравнение окислительно-восстановительного процесса, протекающего в каломельном электроде, имеет вид Уравнение Нернста Конструкции ртутного электродаРис. 1. Электрохимическая ячейка с капающим ртутным электродом: 1 - анализируемый раствор, 2 - ртутный капающий электрод, 3 - резервуар с ртутью, 4 - электрод сравнения В инверсионных определениях часто применяются стационарный ртутный электрод (висящая ртутная капля) и пленочные ртутные электроды на подложке из стеклоуглерода. Статический ртутный капельный электрод PAR 303A ртутный капельный электрод с обновляемой поверхностью обладает повышенной чувствительностью · значительно удобнее в обращении, чем традиционный ртутный капельный электрод (Dropping Mercury Electrode – DME) · уменьшенные искажения линии отсчета в DPP и улучшенная чувствительность · легко превращается в исключительно стабильный вывешенный ртутный капельный электрод (Hanging Mercury Drop Electrode – HMDE) для вольтамперометрии с растворением продуктов окисления (Stripping) или со ступенчатой прямоугольной разверткой (Squarewave) · ручное или автоматическое регулирование времени очистки (Purge Time), дозирования (Drop Dispensing) и схода (Drop Dislodgement) капель · прекрасная воспроизводимость результатов изо дня в день, подтверждаемая графиками аналитической калибровки «ЭКОТЕСТ-АВЛ» предназначены для количественного определения электрохимически активных и неактивных элементов и веществ в пробах воды, водных растворах или экстрактах, получаемых из различных материалов, а также для научных исследований в области неорганической и органической химии, электрохимии, коррозии металлов, биотехнологии и т.д. В качестве рабочих электродов могут быть использованы как классические стационарные или дисковые вращающиеся, такие как ртутные, ртутно-пленочные и ртутно-капельные электроды, так и твердые (графитовые, стеклоуглеродные, металлические и пр.), в том числе мембранные амперометрические электроды. Приставка Автосамплер АС-2D позволяет переносить электрод из раствора в раствор с удержанием на его торце капли раствора, удерживая под напряжением все накопленные металлы, включая ртутную пленку ЭЛЕКТРОДЫ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ (ИОНСЕЛЕКТИВНЫЕ ЭЛЕКТРОДЫ - ИСЭ) рН/АТС комбинированные электроды - стеклянные электроды Ионоселективные электроды (ИСЭ), чувствительные к катионам и анионам, представляют собой электрохимические системы, в которых потенциал определяется процессами распределения ионов между мембраной и раствором. Широко применяются ИСЭ с четко выраженной избирательностью к большому числу катионов и анионов. Наиболее распространенными ИСЭ являются стеклянные электроды. Стекло рассматривается как твердый электролит, способный вступать в ионное взаимодействие с раствором. Стеклянные электроды обычно используют для определения pH. Состоит из стеклянного тонкостенного шарика, припаянного к стеклянной трубке. В шарик налит раствор HCl (внутренний раствор), в который опущен хлорсеребряный электрод. При погружении стеклянного электрода в раствор с измеряемой концентрацией H+ (внешний раствор) между мембраной и исследуемым раствором (р) происходят процессы ионного обмена: Потенциал стеклянного электрода равен: КОНСТРУКЦИИ ИОНСЕЛЕКТИВНЫХ ЭЛЕКТРОДОВРис.1. Конструкции ионоселективных электродов и полевых транзисторов. (а) Мембранный электрод с внутренним жидкостным контактом; (б) мембранный электрод с твердым контактом; (в) микроэлектрод с жидкой мембраной; (г) тонкопленочный электрод с полимерной мембраной; (д) электрод с газовым зазором; (е) ионоселективнй полевой транзистор. 1 - ионоселективная мембрана; 2 - внутренний стандартный раствор 3 - токосъемник (внутренний электрод сравнения); 4 - рН-метрический стеклянный электрод; 5 - солевой мостик к электроду сравнения; 6 - сток и исток; 7 - изолирующий материал (диоксид кремния); 8 - кремниевое основание; 9 - электрод сравнения ЭЛИС-212/3,0 Na электрод ионоселективный Предназначен для измерений активности ионов натрия в водных растворах, для анализа технологических вод ТЭС, в том числе химически обессоленной воды и конденсата пара котлов высокого давления, а также анализа растворов в химической, фармацевтической и других отраслях промышленности. ЭМ-NO3-07 электрод нитрат селективный Предназначен для анализа почв, продукции растениеводства, пищевой промышленности, могут быть использованы в биологии, медицине, охране окружающей среды. Может использоваться для работы с приборами ЭВ-74, И-130. Диапазон измерения при +25°С от 0,35 до 4,7 рNO3. Температура анализируемой среды от +5 до +50°С. Электрическое сопротивление при +20°С от 50 до 1000 kОм Измерительные электроды стеклянные лабораторные (ЭСЛ) и промышленные
Для измерения величины рН в лабораторных условиях - электроды запаянной конструкции ЭСЛ-43-07, ЭСЛ-43-07СР, ЭСЛ-45-11 ЭСЛ-63-07, ЭСЛ-63-07СР, ЭСЛ-15-11, комбинированные стеклянные лабораторные электроды ЭСКЛ-08М.1, ЭСКЛ-08М для температур от 0 до 50С. Для измерения величины рН в промышленных условиях - электроды запаянной конструкции ЭСП-04-14 (от 0 до 40С), ЭСП-01-14 (от 25 до 100С), ЭСП-31-06 (от 70 до 150С), а также стерилизуемый электрод ЭС-71-11 для измерения величины рН от -0,5 до 12 рН при 25С. Микросурьмяные электродыЭлектрод (полуэлемент измерительный) ПИт сурьмяной с торцевой рабочей поверхностью, а электрод (полуэлемент измерительный) ПИб с боковой рабочей поверхностью. Полуэлементы измерительные (электроды) ПИт и ПИб сурьмяные применяются в качестве измерительных электродов в pH-метрах различных типов. Достоинства измерительных полуэлементов(электродов) ПИт и ПИб Механическая прочность. Малые габаритные размеры. Механическая очистка рабочей поверхности. Стеклянный микросурьмяный электрод представляет собой сурьмяную нить, впаянную в стеклянный капилляр или запрессованную во фторопласт Электроду придается форма капилляра Луггина. Кончик сурьмяной нити, направленный к исследуемому электроду, тщательно полируется, покрывается электролитической сурьмой и перед опытом 30 минут выдерживается в 1% растворе брома. При 25°С потенциал сурьмянокисного индикаторного электрода определяется уравнением Е =0,264 - 0,0536 рН. Технические характеристики электродов(измерительных полуэлементов) ПИб и ПИт
КОНСТРУКЦИЯ СТЕКЛЯННОГО МИКРОСУРЬМЯНОГО ЭЛЕКТРОДАЭлектрод представляет собой сурьмяную нить, впаянную в стеклянный капилляр или запрессованную во фторопласт (рис.2). Электроду придается форма капилляра Луггина. Рис.2. Кончик сурьмяного микроэлемента (в сильно увеличенном масштабе): 1 – стенки стеклянного капилляра; 2 – сурьмяная нить, конец которой отполирован и покрыт электролитической сурьмой Кончик сурьмяной нити, направленный к исследуемому электроду, тщательно полируется, покрывается электролитической сурьмой и перед опытом 30 минут выдерживается в 1% растворе брома. ХИНГИДРОННЫЙ ЭЛЕКТРОДХингидронный электрод (ХГЭ) используют для измерения рН во всех растворах, где применим водородный электрод, в растворах алкалоидов, насыщенных кислот, в присутствии разбавленных растворов азотной кислоты и ее солей. Для измерения рН составляют электрохимическую цепь раствор Конструкция: гладкая платиновая пластина, погруженная в исследуемый, насыщенный хингидроном (С6Н4)2О2(ОН)2 раствор (3,9-4 г на 100 мл раствора). Уравнение Нернста для хингидронного электрода: рН от 0 до 6-8 ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ДАТЧИКИИзмерительные ячейки Тип: 20.2630 Измерительные ячейки для свободного хлора, диоксида хлора, озона, надуксусной кислоты Ионоселективный сенсор Тип: 20.1030 Ионоселективный сенсор для определения аммиака pH-/редокс-электроды Тип: 20.1080 Раздельные pH-/редокс-электроды, электролитические ключи, компенсационные термометры JUMO LabLine pH / JUMO LabLine Rd Тип: 20.1030 Комбинированные рН-метрические и редоксметрические электроды JUMO LabLine pH / JUMO LabLine Rd, мультисенсоры JUMO ecoLine / JUMO BlackLine Тип: 20.1005 Комбинированные рН-метрические и редоксметрические электроды JUMO ecoLine / JUMO BlackLine |