Главная Обратная связь

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






Классификация электродов и гальванических элементов



Металл, помещенный в раствор, содержащий ионы этого металл, относится к электродам первого рода. В этом случае электродный потенциал определяется активностью катионов металла в электролите (см. уравнение (9.12))

,

и не зависит от активности анионов, то есть электрод обратим относительно катиона. Например, .

К электродам первого рода часто относят амальгамные электроды, отличающиеся тем, что вместо чистого металла используется раствор данного металла в ртути (амальгама), находящийся в контакте с раствором, содержащим ионы этого металла. Его потенциал зависит не только от активности ионов металла в растворе ( ), но и от активности металла в амальгамме ( ):

. (9.16)

Иногда к электродам первого рода относят газовые электроды, обратимые относительно катиона или аниона. Такие электроды состоят из инертного металла, находящегося в одновременном контакте с газообразным веществом и с раствором, содержащим ионы этого вещества. Например, в водородном электроде имеется Pt - пластина, покрытая слоем электролитической Pt для обеспечения достаточной площади поверхности и помещенная в раствор, содержащий ионы водорода. К Pt - пластине подводится газообразный водород, обтекающий ее поверхность. Водородный электрод стандартный, если , а .

Водородному электроду H+ / H2(Pt) отвечает реакция H+ + e- = H2, а электродный потенциал его рассчитывается из уравнения:

, (9.17)

где = 0.

На хлорном электроде протекает реакция:

Cl2 + e- = Cl-

для которой в соответствии с уравнением (9.11):

, (9.18)

так как уравнение (9.11) справедливо и для отдельно взятого электрода гальванического элемента.

Электроды второго рода состоят из металла, покрытого слоем труднорастворимого соединения этого металла и помещенного в раствор соли, образующей такой же анион, как и труднорастворимые соединения металла. Примером является хлорсеребряный электрод Ag | KCl, AgCl(ТВ), содержащий серебрянную пластинку с осадком хлорида серебра в растворе хлорида калия.

Равновесие протекающей на нем реакция восстановления ионов серебра

Ag+ + e- = Ag (а)

определяется концентрацией ионов Ag+ в насыщенном растворе хлорида серебра и связано с реакцией:

AgCl = Ag+ + Cl-, (б)

равновесие которой, в свою очередь, зависит от концентрации ионов Cl-. Поэтому потенциал хлорсеребряного электрода в конечном итоге определяется концентрацией раствора хлорида калия. В соответствии с уравнениями (а) и (б) суммарная реакция имеет вид:



AgCl + e- = Ag + Cl-. (в)

Таким образом, в работе хлорсеребрянного электрода участвуют катионы и анионы. Электродный потенциал может быть рассчитан (см. уравнение (12.6)) на основании реакции (а)

или суммарной реакции (в):

. (9.19)

Другим представителем электрода второго рода является каломельный электрод, широко используемый на практике: Hg | KCl, Hg2Cl2(ТВ), состоящий из ртути, покрытой каломелью Hg2Cl2 и помещенной в раствор KСl.

На этом электроде протекают реакции:

Hg+ + e- = Hg (г)

Hg2Cl2 = Hg+ + Cl- (д)

и суммарная реакция вида:

Hg2Cl2 + e- = Hg + Cl-. (е)

Как обычно электродный потенциал рассчитывается в соответствии с уравнением (9.11):

,

. (9.20)

При получении уравнений (9.19) и (9.20) принимается, что активности чистых AgCl, Hg2Cl2, Ag и Hg равны единице. Электроды второго рода обладают высокой стабильностью потенциалов и применяются в качестве электродов сравнения.

Электроды третьего рода (редокс - электроды) характеризуются тем, что все участники электродной реакции находятся в растворе. Применяемый в них инертный металл - лишь резервуар электронов и непосредственного участия в электродном процессе не принимает. Например, электродом третьего рода является электрод Pt | Fe3+, Fe2+ состоящий из Pt - пластинки, находящейся в растворе, содержащем ионы Fe с различным зарядом (например, раствор FeCl2 и FeCl3). Pt - пластинка приобретает определенный потенциал вследствие того, что ионы Fe с различным зарядом превращаются друг в друга, отдавая ей излишние электроны или приобретая у нее недостающие.

На обсуждаемом электроде происходит реакция:

Fe3+ + e- = Fe2+.

Потенциал электрода соответственно (9.11) равен:

. (9.21)

, как показывает (9.21) соответствует условию:



= = 1.

Гальванические элементы можно разделить на две группы:

а) химические гальванические элементы;

б) концентрационные гальванические элементы.

Химические гальванические элементы (например, гальванические элемент Даниэля - Якоби, Вестона) состоят из двух различных электродов, помещенных в растворы электролитов одинаковой концентрации. Для этих гальванических элементов характерно превращение энергии химической реакции в энергию электрического тока. К этой группе гальванических элементов принадлежит и гальванический элемент Вестона, используемый в качестве гальванического элемента - эталона.

Концентрационные гальванические элементы состоят из двух одинаковых электродов, помещенных в растворы различных концентраций. Опыт показывает, что электрод, погруженный в менее концентрированный раствор, является отрицательным электродом, а другой, погруженный в более концентрированный раствор - положительным.

Сопоставление опытных фактов приводит к заключению о том, что в основе работы всякого гальванического элемента лежат окислительно - восстановительные реакции, протекающие раздельно: на отрицательном электроде (аноде) - окисление, а на положительном (катоде) - восстановление.

При обозначении устройства гальванических элементов пользуются условной записью: вертикальными черточками обозначаются поверхности раздела фаз. Потенциал, возникающий на границе раздела двух растворов называется диффузионным. Чтобы подчеркнуть его отсутствие, в условной записи элемента используется двойная вертикальная черта:

Zn | ZnSO4 || CuSO4 | Cu.

Если в состав электрода гальванического элемента входит индифферентное, не участвующее в электродной реакции вещество, то его берут в скобки или отделяют запятой:

(Pt) H2 (p=1) | H+ (pH = 6) || KCl (1H), Hg2Cl2(ТВ) | Hg,

а составы фаз, их агрегатное состояние указываюся в скобках у символа фазы. Следуя этой же схеме, обозначается устройство электродов (полуэлементов).


Эта страница нарушает авторские права

allrefrs.ru - 2018 год. Все права принадлежат их авторам!