что это и для чего нужен, устройство и схема стандартного электрода
На чтение 4 мин. Просмотров 4k. Опубликовано
Стандартный – это элемент сравнения, применяющийся для определения потенциалов в гальванических элементах и при различных электрохимических реакциях.
Так как измерить потенциал отдельного невозможно, используется сравнительный элемент, в частности в составе электролитических ячеек.
Стандартный водородный электрод: что это?
Электроды сравнения – электрохимические системы, использующиеся для измерения электродных потенциалов.
Любой , находящийся в состоянии термодинамического равновесия, способный обеспечить постоянство во времени и воспроизводимость всех характеристик, может служить элементом сравнения.
Разновидности электродов для измерения pH.Стандартный элемент сравнения представляет собой проволоку или пластинку, выполненную из металла, который хорошо адсорбирует гидроген.
Обычно используются такие металлы, как платина или палладий, на которые электролитическим методом нанесена платина в тонкодисперсном состоянии. Это увеличивает активную площадь поверхности для взаимодействия с гидрогеном.
Пластина погружается в водный раствор, насыщенный ионами гидрогена. Через раствор, под атмосферным давлением, пропускается химически чистый водород.
В результате поверхность платиновой пластины гидрогенизируется и на границе поверхности платиновой пластины с раствором устанавливается равновесие между переходом гидрогена из молекулярного состояния в атомарное и наоборот.
Как он работает?
Принцип работы устройства основан на растворимости металлов в электролите. Даже при погружении металла в воду он начинает подвергаться действию ее молекул.
С поверхности пластины начинают отрываться ионы, и они попадают в слой воды, контактирующий с металлом. В результате нейтральный атом превращается в ион.
Это приводит к высвобождению отрицательно заряженных частиц – электронов. Между положительными атомами и электронами появляется потенциал. Его действие обуславливает концентрацию ионов у поверхности металла, образуя адсорбционный слой.
Такая структура носит название – двойной электрический слой.
Устройство водородного электрода.В электрохимии потенциалы металлов измеряются в вольтах, по отношению к некоторому стандартному элементу. Согласно международной договоренности, в качестве такого элемента принято считать стандартный ВЭ.
При давлении газообразного водорода на границе с раствором в 1 атмосферу, концентрации положительных ионов водорода 1 моль/л и температуре 298 К, потенциал принимается равным 0 и его называют нормальным водородным электродом.
В настоящее время не существует методики, позволяющей независимо определить потенциал отдельно взятого . Для этих целей применяется данное устройство.
В частности, собирается гальваническая цепь, состоящая из измеряемого и ВЭ. Так как потенциал второго принят за 0, то относительный потенциал второго будет равен электродвижущей силе гальванического элемента.
[box type=”info”]При работе данного устройства важно использовать гидроген, хорошо очищенный от примесей серы и мышьяка. Также нежелательной примесью является кислород, который может реагировать с гидрогеном на поверхности платиновой пластины с образованием воды, что приведет к нестабильной работе.[/box]Схема стандартного водородного электрода
Данное устройство используют для измерения потенциалов электрохимических реакций.
Схема водородного электрода представляет собой:
- пластину, изготовленную из палладия или платины;
- подвод газообразного водорода;
- водный раствор, как правило, соляной или серной кислоты с концентрацией водорода 1 моль/л;
- водяной затвор;
- электролитический мост для соединения со второй половиной гальванической цепи.
Устройство элемента сравнения очень простое. Кроме того, его можно применять в широком интервале температур и давлений, а также в не водных и частично водных растворах.
[box type=”info”]Эксплуатация устройства сопряжена с определенными трудностями, например, с необходимостью постоянной подачи химически чистого водорода. Несмотря на это, стандартные элементы сравнения широко использовались в работах многих известных ученых.[/box]Итог
Стандартный сравнительный элемент широко используется для определения потенциалов электродов. Для этого собирается гальванический элемент, состоящий из измеряемого и стандартного водородного электрода.
Также его применяют для определения растворимости, pH-метрии, скорости протекания электрохимических реакций и для измерения концентрации ионов водорода. Простота схемы ВЭ делает его наиболее удобным для использования.
Стандартный водородный электрод — это специально сконструированной электрод, в котором происходит окислительно-восстановительная реакция: 2Н+ + 2е ↔ Н2. При этом концентрация ионов водорода является одномолярной, давление водорода равняется 1 атм. и поддерживается температура 25°С. Стандартный водородный электрод представляет собой сосуд, заполненный кислотой (как правило), в котором находится платиновая пластинка, служащая для адсорбции молекулярного водорода и его диссоциации на атомы, а также являющаяся проводником первого рода, поставляющим в систему свободные электроны. Концентрация кислоты соответствует , парциальное давление водорода в системе поддерживается 10^5 Па. Измерение электродных потенциалов металлических электродов. Точно измерить электродный потенциал достаточно трудно, так как необходимо, чтобы в процессе измерения не нарушалось равновесие на электродах. По этой причине невозможно получить точное значение Е с помощью обычного вольтметра: если мы замкнем цепь, используя вместо проводника вольтметр, то в ней начнет протекать довольно большой ток, который нарушит равновесие на электродах. Для измерения можно использовать специальные вольтметры с высоким входным сопротивлением (более 1012 Ом). При включении в цепь такого прибора протекающий ток слишком мал для оказания существенного влияния на электродное равновесие.
Электрохимия. Механизм возникновения скачка потенциала на границе раздела фаз: металл/растворов соли металла. Ряд напряжений. Использование этого ряда для определения направления реакции окисления-восстановления. Электрохимия — раздел химической науки, в котором рассматриваются системы и межфазные границы при протекании через них электрического тока, исследуются процессы в проводниках, на электродах (из металлов или полупроводников, включая графит) и в ионных проводниках (электролитах). Электрохимия исследует процессы окисления и восстановления, протекающие на пространственно-разделённых электродах, перенос ионов и электронов. Прямой перенос заряда с молекулы на молекулу в электрохимии не рассматривается. Возникновение скачка потенциала на границе раздела фаз вызывается различными причинами, зависящими от природы граничащих фаз. Одной из наиболее общих причин будет обмен заряженными частицами. В момент появления контакта между фазами он протекает преимущественно в каком-либо одном направлении, в результате чего создается избыток частиц данного знака заряда по одну сторону границы раздела и их недостаток по другую. Такой нескомпенсированный обмен приводит к созданию двойного электрического слоя, а следовательно, к появлению разности потенциалов. Последняя в свою очередь будет влиять на кинетику обмена, выравнивая скорости перехода заряженных частиц в обоих направлениях. По мере увеличения разности потенциалов наступит момент, когда уже не будет больше преимущественного перехода частиц из одной фазы в другую, и скорости их перехода в обоих направлениях станут одинаковыми. Такое значение скачка потенциала отвечает равновесию между фазами, при котором электрохимические потенциалы заряженных частиц в обеих фазах равны. Заряженными частицами, принимающими участие в обмене между фазами, могут быть положительные и отрицательные ионы, а также электроны. Какие именно частицы переходят из одной фазы в другую и тем самым обусловливают возникновение скачка потенциала, определяется природой граничащих фаз. На границах металл — вакуум или металл / — металл 2 такими частицами являются обычно электроны. При создании границы металл — раствор соли металла в обмене участвуют катионы металла. Скачок потенциала на границах стекло — раствор, а также ионообменная смола — раствор появляется в результате обмена, в котором участвуют два сорта одноименно заряженных ионов. На границах стекло-раствор и катионитная смола — раствор такими ионами являются ионы щелочного металла и водорода; на границе анионитная смола — раствор — ион гидроксила и какой-либо другой анион. При контакте двух не смешивающихся жидкостей, каждая из которых содержит в растворенном виде один и тот же электролит, потенциал возникает за счет неэквивалентного перехода обоих ионов электролита из одной фазы в другую подобно тому, как образуется диффузионный потенциал. Следовательно, оба потенциала — и фазовый жидкостный, и диффузионный — не являются равновесными. Ряд напряжений — последовательность расположения металлов и их ионов в порядке возрастания стандартных электродных потенциалов в растворах электролитов. Электродом сравнения обычно служит стандартный водородный электрод. Поэтому в Р. н. включают и водород, электродный потенциал которого принимается равным нулю. Наибольшие отрицательные потенциалы характерны для щелочных металлов (около — 3 в), за ними следуют щёлочноземельные металлы и т. д.; наиболее положительные потенциалы имеют благородные металлы (около + 1,5 в; численные значения). В Р. н. часто включают неметаллы, ионы и некоторые химические соединения. Наиболее распространённые металлы расположены в Р. н. в следующей последовательности: Li, К, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Fe, Co, Ni, Sn, Pb, H2, Cu, Hg, Ag, Au. Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: |
Водородный электрод — Карта знаний
- Стандартный водоро́дный электро́д — электрод, использующийся в качестве электрода сравнения при различных электрохимических измерениях и в гальванических элементах. Стандартный водородный электрод представляет собой платиновую пластинку, покрытую платиновой чернью, на которую подается газообразный водород с давлением в 1 атм. и погруженную в водный раствор, содержащий ионы водорода с активностью равной 1. Потенциал стандартного водородного электрода при стандартных условиях (101 325 Па, 298 К) принят равным 0.
Стандартный водородный электрод является эталоном, относительно которого ведется определение электродного потенциала всех существующих электродов. Электрохимический ряд напряжений металлов построен на изменении величины Э.Д.С. гальванического элемента, состоящего из металла, погруженного в раствор его соли с активностью 1, и стандартного водородного электрода. Левее водорода водорода в электрохимическом ряду имеют металлы, потенциал которых меньше нуля, правее — больше нуля.
При сборке гальванического элемента из ВЭ и определяемого электрода, на поверхности платины обратимо протекает реакция:
2Н+ + 2e− = h3то есть, происходит либо восстановление водорода, либо его окисление — это зависит от потенциала реакции, протекающей на определяемом электроде. Измеряя ЭДС гальванического электрода при стандартных условиях (см. выше) определяют стандартный электродный потенциал определяемой химической реакции.
При условиях, отличных от стандартных, потенциал водородного электрода вычисляется по формуле Нернста:
φ=RT/F*ln(aH+/ph30,5)
ВЭ применяют для измерения стандартного электродного потенциала электрохимической реакции, для измерения концентрации (активности) водородных ионов, а также любых других ионов.
Применяют ВЭ так же для определения произведения растворимости, для определения констант скорости некоторых электрохимических реакций.
Наиболее важные требования к электродам сравнения:
1) Электрод должен работать в интервале температур.
2) Стабильность работы.
3) Воспроизводимость результатов.
4) Должен быть совместим с исследуемым расплавом.
5) Отсутствие стационарных потенциалов.
Источник: Википедия
Связанные понятия
Полярография — один из важнейших электрохимических методов анализа веществ, исследования кинетики химических процессов. Электрохими́ческие суперконденса́торы (англ. electrochemical supercapacitors) — разновидность суперконденсаторов, в которой сохранение энергии происходит с участием обратимых окислительно-восстановительных электрохимических процессов (фарадеевских процессов) в приповерхностном слое электродного материала.Подробнее: Электрохимический суперконденсатор
Электро́лиз — физико-химический процесс, состоящий в выделении на электродах составных частей растворённых веществ или других веществ, являющихся результатом вторичных реакций на электродах, который возникает при прохождении электрического тока через раствор, либо расплав электролита. Электро́дный потенциа́л — ЭДС элемента, составленного из данного электрода и стандартного водородного электрода, электродный потенциал которого принят равным нулю. При этом знак электродного потенциала считают положительным, если в таком гальваническом элементе испытуемый электрод является катодом, и отрицательным, если испытуемый электрод является анодом. Необходимо отметить, что иногда электродный потенциал определяют как «разность потенциалов на границе электрод – раствор», т.е. считают его тождественным… В электрохимии стандартный электродный потенциал, обозначаемый Eo, E0, или Eθ, является мерой индивидуального потенциала обратимого электрода (в равновесии) в стандартном состоянии, которое осуществляется в растворах при эффективной концентрации в 1 моль/кг и в газах при давлении в 1 атмосферу или 100 кПа (килопаскалей). Объёмы чаще всего взяты при 25 °C. Основой для электрохимической ячейки, такой, как гальваническая ячейка, всегда является окислительно-восстановительная реакция, которая может быть… Хлоридсере́бряный электро́д (ХСЭ) благодаря стабильности потенциала и простоте конструкции является одним из наиболее часто употребляемых в лабораторной практике электродов сравнения. Электроды сравнения — электрохимические системы, предназначенные для измерения электродных потенциалов. Необходимость их использования обусловлена невозможностью измерения величины потенциала отдельного электрода. Применяется, в частности, в составе электролитических ячеек. Окислительно-восстановительный потенциал (редокс-потенциал от англ. redox — reduction-oxidation reaction, Eh или Eh) — мера способности химического вещества присоединять электроны (восстанавливаться). Окислительно-восстановительный потенциал выражают в милливольтах (мВ). Примером окислительно-восстановительного электрода являются: Pt/Fe3+,Fe2+ Анодный электролитный нагрев (электролитно-плазменная обработка) — совокупность теплофизических и электрохимических процессов на поверхности анода, связанные с локальным вскипанием жидкости за счет выделения джоулева тепла. Запрос ПИД перенаправляется сюда. ПИД-регулятору посвящена соответствующая статьяПламенно-ионизационный детектор (ПИД) — детектор, используемый в газовой хроматографии, в основном, для обнаружения в газовых смесях органических соединений. Впервые создан в 1957 году в CSIRO, Мельбурн, Австралия.Подробнее: Ячейка Гретцеля
Леги́рование (нем. legieren — «сплавлять», от лат. ligare — «связывать») — внедрение небольших количеств примесей или структурных дефектов с целью контролируемого изменения электрических свойств полупроводника, в частности, его типа проводимости. Стеклянные электроды — тип ионоселективных электродов, сделанных из легированных стеклянных мембран, которые чувствительны к специфическим ионам, используемые для определения концентрации ионов в растворе. Важная часть приборов химического анализа и физико-химических исследований. В современной практике широко применяются мембранные ионоселективные электроды (ИСЭ, в том числе и стеклянные), являющиеся частью гальванического элемента. Электрический потенциал электродной системы в растворе чувствителен…Подробнее: Стеклянный электрод
Титрование по Карлу Фишеру — классический метод титрования в аналитической химии, используемый для определения малого количества воды в анализируемой пробе. Метод был разработан в 1935 году немецким химиком Карлом Фишером. Реактивное ионное травление (РИТ) — технология травления, используемая в микроэлектронике. Химически активная плазма используется для удаления материала с подложки. Плазма создаётся при низком давлении при помощи газового разряда. Поступающие из плазмы ионы ускоряются за счёт разности потенциалов между ней и подложкой. Совместное действие химических реакций, ионного распыления и ионной активации приводит к разрушению материала подложки, образованию летучих соединений и десорбции их с поверхности… Атомно-абсорбционная спектрометрия (ААС) — распространённый в аналитической химии инструментальный метод количественного элементного анализа (современные методики атомно-абсорбционного определения позволяют определить содержание почти 70 элементов Периодической системы) по атомным спектрам поглощения (абсорбции) для определения содержания металлов в растворах их солей: в природных и сточных водах, в растворах-минерализатах, технологических и прочих растворах. Электролитическая ячейка — электрохимическое устройство, служащее для проведения электрохимических реакций и представляющее собой сосуд с электролитом, в который погружены два электрода. Вольтамперометрия — метод анализа, основанный на исследовании зависимости тока поляризации от напряжения, прикладываемого к электрохимической ячейке, когда электрический потенциал рабочего электрода значительно отличается от равновесного значения (см. электрохимическая поляризация). По разнообразию методов вольтамперометрия — самая многочисленная группа из всех электрохимических методов анализа, широко используемая для определения веществ в растворах и расплавах (например, полярография, амперометрия… Хроматограф (от др.-греч. χρῶμα — цвет и γράφω — пишу) — прибор для разделения смеси веществ методом хроматографии. Рту́тно-ци́нковый элеме́нт («тип РЦ») — гальванический элемент в котором анодом является цинк, катодом — оксид ртути, электролит — 45 % раствор гидроксида калия на адсорбенте. Катод (от греч. κάθοδος «ход вниз; нисхождение») — электрод некоторого прибора, присоединённый к отрицательному полюсу источника тока. Фотоэлектрохими́ческие яче́йки — разновидность солнечных батарей — предназначены для преобразования светового излучения (включая видимый свет) в электрическую энергию. Состоят из полупроводникового фотоанода и металлического катода, погружённых в электролит. Принцип действия основан на явлении внутреннего фотоэффекта.Подробнее: Фотоэлектрохимическая ячейка
Электропроводящие полимеры — органические полимеры, которые проводят электрический ток. Такие полимеры могут быть как полупроводниками, так и хорошими проводниками (как металлы). Общепризнанно, что металлы хорошо проводят электричество, а органические вещества являются изоляторами, но этот класс материалов сочетает свойства обоих. Самым большим преимуществом электропроводящих полимеров является их технологичность. Электропроводящие полимеры являются пластмассами и, следовательно, могут сочетать механические… Электроли́т — вещество, которое проводит электрический ток вследствие диссоциации на ионы, что происходит в растворах и расплавах, или движения ионов в кристаллических решётках твёрдых электролитов. Примерами электролитов могут служить кислоты, соли и основания и некоторые кристаллы (например, иодид серебра, диоксид циркония). Электролиты — проводники второго рода, вещества, электропроводность которых обусловлена подвижностью положительно или отрицательно заряженных ионов. Двойной электрический слой (межфазный) (ДЭС) — слой ионов, образующийся на поверхности частиц в результате адсорбции ионов из раствора, диссоциации поверхностного соединения или ориентирования полярных молекул на границе фаз. Ионы, непосредственно связанные с поверхностью, называются потенциалоопределяющими. Заряд этого слоя компенсируется зарядом второго слоя ионов, называемых противоионами. Щелочной элемент питания — марганцево-цинковый гальванический элемент питания, в котором в качестве катода используется диоксид марганца, анода — порошкообразный цинк, а в качестве электролита — раствор щёлочи, обычно гидроксида калия. Полимерные солнечные батареи — разновидность солнечных батарей, которые производят электричество из солнечного света. Берет своё начало с 1992 года, когда впервые были опубликованы данные о переносе заряда с полупроводникового полимера на акцептор. Относительно новая технология, активно исследуемая в университетах, национальных лабораториях и нескольких компаниях по всему миру. Демонстрируются устройства-прототипы с эффективностью конверсии энергии 11,5 %. Полупроводники́ — материалы, по удельной проводимости занимающие промежуточное место между проводниками и диэлектриками, и отличающиеся от проводников сильной зависимостью удельной проводимости от концентрации примесей, температуры и воздействия различных видов излучения. Основным свойством полупроводников является увеличение электрической проводимости с ростом температуры. Ферросульфа́тный дозиметр (дози́метр Фри́кке) — измерительный прибор, применяемый для измерения больших доз ионизирующего излучения. Основан на окислении иона двухвалентного железа продуктами радиолиза воды в кислом водном растворе и последующем измерении концентрации образовавшихся ионов трёхвалентного железа, которая в широком диапазоне пропорциональна поглощённой дозе. Измерения поглощённой дозы дают результаты, близкие к поглощённой дозе для биологических тканей; тканеэквивалентность основана… Батарея на расплавах солей (в том числе – батареи на жидких металлах) – тип батарей, использующих в качестве электролитов расплавы солей, и предлагающие одновременно высокую плотность энергии и удельную мощность. Традиционные «однократные» тепловые батареи могут долгое время храниться в твердом состоянии при комнатной температуре, прежде чем они будут активированы за счет нагревания. Перезаряжаемые батареи на жидких металлах используются для электромобилей, также их могут использовать для накопления… Омический контакт — контакт между металлом и полупроводником или двумя полупроводниками, характеризующийся линейной симметричной вольт-амперной характеристикой (ВАХ). Если ВАХ асимметрична и нелинейна, то контакт является выпрямляющим (например, является контактом с барьером Шоттки, на основе которого создан диод Шоттки). В модели барьера Шоттки, выпрямление зависит от разницы между работой выхода металла и электронного сродства полупроводника. Сканирующий гелиевый ионный микроскоп (СГИМ, гелий-ионный микроскоп, ионный гелиевый микроскоп, гелиевый микроскоп, HeIM) — сканирующий (растровый) микроскоп, по принципу работы аналогичный сканирующему электронному микроскопу, но использующий вместо электронов пучок ионов гелия. Электроосаждение — это специальный метод получения полимерных покрытий на проводящей поверхности под воздействием электрического тока. Криохимия — раздел химии, который изучает превращения в жидкой и твёрдой фазах при низких (вплоть до 70 К) и сверхнизких (ниже 70 К) температурах. По изучаемым явлениям имеет пересечения с физикой конденсированных сред и астрохимией. Детекторы прямого заряда относятся к так называемым зарядовым датчиками. Зарядовые датчики — датчики с принудительным собиранием заряда (вакуумная камера, вторично-электронный умножитель) и датчики, генерирующие электрический заряд (эмиссионный детектор прямого заряда (ДПЗ)). Индукти́вно-свя́занная пла́зма (ИСП), англ. inductively coupled plasma, ICP — плазма, образующаяся внутри разрядной камеры, горелки или иного плазменного реактора при приложении высокочастотного переменного магнитного поля. Гальванический анод является основным компонентом системы гальванической катодной защиты, используемой для защиты подземных или подводных металлических конструкций от коррозии . Десорбция в электрическом поле или полевая десорбция (англ. Field Desorption) — метод в масс-спектрометрии, позволяющий получать информацию о молекулярном ионе углеводородов. Используется для анализа тяжелых фракций нефти. Кондуктометрия (от англ. conductivity — электропроводность и метрия) — совокупность электрохимических методов анализа, основанных на измерении электропроводности растворов. Газовый детектор — чувствительный элемент или измерительный преобразователь для определения качественного и/или количественного состава газовой смеси. Основной компонент газоанализаторов и газосигнализаторов. Молекулярно-пучковая эпитаксия (МПЭ) или молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ) — эпитаксиальный рост в условиях сверхвысокого вакуума. Позволяет выращивать гетероструктуры заданной толщины с моноатомно гладкими гетерограницами и с заданным профилем легирования. В установках МПЭ имеется возможность исследовать качество плёнок «in situ» (то есть прямо в ростовой камере во время роста). Для процесса эпитаксии необходимы специальные хорошо очищенные подложки с атомарногладкой поверхностью.Водородный электрод — это… Что такое Водородный электрод?
Стандартный водоро́дный электро́д — электрод, использующийся в качестве электрода сравнения при различных электрохимических измерениях и в гальванических элементах. Водородный электрод (ВЭ) представляет собой пластинку или проволоку из металла, хорошо поглощающего газообразный водород (обычно используют платину или палладий), насыщенную водородом (при атмосферном давлении) и погруженную в водный раствор, содержащий ионы водорода. Потенциал пластины зависит[уточнить] от концентрации ионов Н+ в растворе. Электрод является эталоном, относительно которого ведется отсчет электродного потенциала определяемой химической реакции. При давлении водорода 1 атм., концентрации протонов в растворе 1 моль/л и температуре 298 К потенциал ВЭ принимают равным 0 В. При сборке гальванического элемента из ВЭ и определяемого электрода, на поверхности платины обратимо протекает реакция:
2Н+ + 2e− = H2
то есть, происходит либо восстановление водорода, либо его окисление — это зависит от потенциала реакции, протекающей на определяемом электроде. Измеряя ЭДС гальванического электрода при стандартных условиях (см. выше) определяют стандартный электродный потенциал определяемой химической реакции.
ВЭ применяют для измерения стандартного электродного потенциала электрохимической реакции, для измерения концентрации (активности) водородных ионов, а также любых других ионов. Применяют ВЭ так же для определения произведения растворимости, для определения констант скорости некоторых электрохимических реакций.
Устройство
Схема стандартного водородного электрода:
- Платиновый электрод.
- Подводимый газообразный водород.
- Раствор кислоты (обычно HCl), в котором концентрация H+ = 1 моль/л.
- Водяной затвор, препятствующий попаданию кислорода воздуха.
- Электролитический мост (состоящий из концентрированного р-ра KCl), позволяющий присоединить вторую половину гальванического элемента.
Из истории
Несмотря на сложность в эксплуатации (необходимость постоянного притока газообразного водорода) водородный электрод был известен давно.
- Водородные электроды собственной конструкции были центральным инструментом работ С. П. Л. Сёренсена, в результате которых появилась современная теория рН-метрии (1909).
См. также
Водородный электрод — Википедия
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Стандартный водоро́дный электро́д — электрод, использующийся в качестве электрода сравнения при различных электрохимических измерениях и в гальванических элементах. Водородный электрод (ВЭ) представляет собой пластинку или проволоку из металла, хорошо поглощающего газообразный водород (обычно используют платину или палладий), насыщенную водородом (при атмосферном давлении) и погруженную в водный раствор, содержащий ионы водорода. Потенциал пластины зависит[уточнить] от концентрации ионов Н+ в растворе. Электрод является эталоном, относительно которого ведется отсчет электродного потенциала определяемой химической реакции. При давлении водорода 1 атм., концентрации протонов в растворе 1 моль/л и температуре 298 К потенциал ВЭ принимают равным 0 В. При сборке гальванического элемента из ВЭ и определяемого электрода, на поверхности платины обратимо протекает реакция:
2Н+ + 2e− = H2
то есть, происходит либо восстановление водорода, либо его окисление — это зависит от потенциала реакции, протекающей на определяемом электроде. Измеряя ЭДС гальванического электрода при стандартных условиях (см. выше) определяют стандартный электродный потенциал определяемой химической реакции.
ВЭ применяют для измерения стандартного электродного потенциала электрохимической реакции, для измерения концентрации (активности) водородных ионов, а также любых других ионов. Применяют ВЭ так же для определения произведения растворимости, для определения констант скорости некоторых электрохимических реакций.
Наиболее важные требования к электродам сравнения:
1) Электрод должен работать в интервале температур.
2) Стабильность работы.
3) Воспроизводимость результатов.
4) Должен быть совместим с исследуемым расплавом.
5) Отсутствие стационарных потенциалов.
Устройство
Схема стандартного водородного электрода:
- Платиновый электрод.
- Подводимый газообразный водород.
- Раствор кислоты (обычно HCl), в котором концентрация H+ = 1 моль/л.
- Водяной затвор, препятствующий попаданию кислорода воздуха.
- Электролитический мост (состоящий из концентрированного р-ра KCl), позволяющий присоединить вторую половину гальванического элемента.
Из истории
Несмотря на сложность в эксплуатации (необходимость постоянного притока газообразного водорода) водородный электрод был известен давно.
- Водородные электроды собственной конструкции были центральным инструментом работ С. П. Л. Сёренсена, в результате которых появилась современная теория pH-метрии (1909).
См. также
Электродный потенциал. Водородный электрод. Стандартный потенциал. Факторы, влияющие на величину электродного потенциала. Уравнение Нернста. Ряд напряжений.
ЭЛЕКТРОДНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ, разность электростатич. потенциалов между электродом и находящимся с ним в контакте электролитом. Возникновение электродного потенциала обусловлено пространств. разделением зарядов противоположного знака на границе раздела фаз и образованием двойного электрического слоя. На границе между металлич. электродом и р-ром электролита пространств. разделение зарядов связано со след. явлениями: переносом ионов из металла в р-р в ходе установления электрохим. равновесия, кулоновской адсорбцией ионов из р-ра на пов-сть металла, смещением электронного газа за пределы положительно заряженного ионного остова кристаллич. решетки, специфич. (некулоновской) адсорбцией ионов или полярных молекул р-рителя на электроде и др. Последние два явления приводят к тому, что электродный потенциал не равен нулю даже при условиях, когда заряд пов-сти металла равен нулю (см. Потенциал нулевого заряда).
Абс. величину электродного потенциала отдельного электрода определить невозможно, поэтому измеряют всегда разность потенциалов исследуемого электрода и нек-рого стандартного электрода сравнения. Электродный потенциал равен эдс электрохим. цепи, составленной из исследуемого и стандартного электродов (диффузионный потенциал между разными электролитами, обусловленный различием скоростей движения ионов, при этом должен быть устранен). Для водных р-ров в качестве стандартного электрода обычно используют водородный электрод (Pt, Н2[0,101 МПа] | Н+[a= 1]), потенциал к-рого при давлении водорода 0,101 МПа и термодинамич. активности а ионов Н+ в р-ре, равной 1, принимают условно равным нулю (водородная шкала электродных потенциалов). При схематич. изображении цепи водородный электрод всегда записывают слева; напр., потенциал медного электрода в р-ре соли меди равен эдс цепи Pt, H2|HCl 
CuCl2|Cu|Pt (две штриховые черты означают, что диффузионный потенциал на фанице НС1 и СuС12 устранен).
Если исследуемый электрод находится в стандартных условиях, когда активности всех ионов, определяющих электродный потенциал, равны 1, а давление газа (для газовых электродов) равно 0,101 МПа, значение электродного потенциала наз. стандартным (обозначение E°).
Оно связано со стандартным изменением энергии Гиббса 
и константой равновесия Кр электрохим. р-ции ур-нием: 
, где F — число Фарадея; п — число электронов, участвующих в р-ции; R — газовая постоянная; Т — абс. т-ра. Значения E° электрохим. систем по отношению к водородному электроду и протекающие на электродах р-ции сведены в спец. таблицы (подробнее см. Стандартный потенциал).
Зависимость электродного потенциала от термодинамич. активностей ai участников электрохим. р-ции выражается Нернста уравнением:
где vi — стехиометрич. коэф. участника р-ции, причем для исходных в-в это отрицат. величина, а для продуктов р-ции -положительная.
Если через электрод протекает электрич. ток, электродный потенциал отклоняется от равновесного значения из-за конечной скорости процессов, происходящих непосредственно на границе электрод — электролит.
Водородный электрод, платиновая пластинка, электролитически покрытая платиновой чернью, погружённая в раствор кислоты с определённой концентрацией ионов водорода Н+ и омываемая током газообразного водорода. Потенциал водородного электрода возникает за счёт обратимо протекающей реакции
Между водородом, адсорбированным платиновой чернью, и ионами водорода в растворе устанавливается равновесие. Потенциал электрода Е определяется уравнением Нернста:
где Т — абсолютная температура (К), аН+ — активная концентрация ионов водорода (г-ион/л), р — давление водорода [кгс/см2 (атм)], Е° — нормальный (или стандартный) потенциал водородного электрода при р = 1 кгс/см2 (1 атм) и aH+ = 1. При любой заданной температуре Е° условно принято считать равным нулю. От потенциала стандартного водородного электрода отсчитывают потенциалы всех других электродов (так называемая водородная шкала потенциалов). При работе с водородным электродом необходима тщательная очистка водорода от примесей. Особенно опасны соединения серы и мышьяка, а также кислород, реагирующий с водородом на поверхности платины с образованием воды, что приводит к нарушению равновесия
Водородный электрод применяют как электрод сравнения.
Рисунок к ст. Водородный электрод.
СТАНДАРТНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ (нормальный потенциал), значение электродного потенциала, измеренное в стандартных условиях относительно выбранного электрода сравнения (стандартного электрода). Обычно стандартные потенциалы находят в условиях, когда термодинамич. активности а всех компонентов потенциалопределяющей р-ции, протекающей на исследуемом электроде, равны 1, а давление газа (для газовых электродов) равно 1,01 · 105 Па (1 атм). Для водных р-ров в качестве стандартного электрода используют водородный электрод (Pt; H2 [1,01·105Па], Н+ [a=1]), потенциал к-рого при всех т-рах принимается равным нулю (см. Электроды сравнения): стандартный потенциал равен эдс электрохимической цепи, составленной из исследуемого и стандартного электродов. Согласно рекомендациям ИЮПАК (1953), при схематич. изображении цепи (гальванич. ячейки) водородный электрод всегда записывается слева, исследуемый-справа. Потенциал исследуемого электрода считается положительным, если в режиме «источник тока» слева направо во внеш. цепи движутся электроны, а в р-ре — положительно заряженные частицы. Напр., стандартный потенциал хлорсеребряного электрода равен эдс гальванич. ячейки
-Pt, Н2[1,01·105Па]|НС1(аb=l)|AgCl, Ag|Pt +
Для любой электродной р-ции, включающей перенос n электронов, электродный потенциал определяется ур-нием:
где Е°-стандартный потенциал электрода, R-газовая постоянная, Т-абс. т-ра, F- постоянная Фарадея, аi-термодинамич. активность частиц (как заряженных, так и незаряженных), участвующих в электродной р-ции, vi-стехиометрич. коэффициенты (положит. числа для продуктов р-ций и отрицат. числа для исходных в-в, если при записи стехиометрич. ур-ния элек-трохим. процесса электроны входят в левую часть ур-ния, напр. AgCl + е : Ag + С1—). Значения стандартных потенциалов для ряда электродных процессов в водной среде приведены в таблице в порядке убывания окислит. способности соответствующих систем. Стандартные потенциалы металлов и водорода, расположенные в порядке их возрастания, составляют электрохимический ряд напряжений.
Стандартный потенциал определяется либо непосредственными измерениями эдс соответствующих электрохим. цепей с экстраполяцией на бесконечно разб. р-ры, либо расчетом — по данным о стандартных значениях изменения энергии Гиббса хим. р-ции DG0. В последнем случае р-цию представляют в виде суммы двух (или более) электродных р-ций, одна из к-рых -окис-лит.-восстановит. р-ция с искомым стандартным потенциалом 
, а другая-с известным стандартным потенциалом . 
. Если в условной схеме ячейки 1-й электрод записан слева, то
Из уравнения следует, что стандартные потенциалы, в свою очередь, м.б. использованы для расчета DG0 и константы равновесия К р-ции (ln К = — DG°/RT). Значения E0, рассчитанные на основе значений DG0, представлены в таблице; они далеко не всегда м. б. реализованы в электрохим. цепях из-за того, что предполагаемое равновесие электродной р-ции в действительности может не устанавливаться (это характерно для щелочных, щел.-зем. металлов и большинства орг. в-в в водных р-рах).
В неводных р-рителях стандартные потенциалы также определяют по отношению к потенциалу водородного электрода для каждого отдельного р-рителя. Ведется поиск стандартного электрода, потенциал к-рого можно было бы считать практически не зависящим от природы р-рителя, что позволило бы создать единую шкалу электродных потенциалов. В качестве таких электродов предложены системы: рубидий/ион рубидия, ферроцен/ферроциний-катион и бис(дифенил)хром(I)/ /бис(дифенил)хром(0), потенциалы к-рых из-за большого размера ионов и соотв. малой их сольватации незначительно (по сравнению с потенциалом водородного электрода) зависят от природы р-рителя. Последние два электрода рекомендованы в 1984 ИЮПАК в качестве электродов сравнения в неводных орг. средах.
Выбор электрода сравнения и стандартного состояния исследуемого электрода в системах с расплавами и твердым электролитом в большой мере определяется природой как исследуемого электродного процесса, так и ионного проводника. В широко используемых в качестве электролитов расплавах хлоридов металлов стандартный потенциал берется в хлорной шкале, т. е. в качестве стандартного пользуются хлорным электродом в расплавленном хлориде (графит, Сl2 [1,01 · 105 Па], MC1z [расплав]), где М-металл (на практике обычно берут смесь хлоридов металла). Активность катионов Мz+ в индивидуальном расплаве принимается равной 1. В ряде высокотемпературных гальванич. элементов с твердым электролитом в качестве электрода сравнения применяют оксидные электроды, в частности вюститовый (Pt; Fe, FeO).
Стандартный водородный электрод — Студопедия
В настоящее время за нуль принят потенциал стандартного водородного электрода. Такой электрод состоит из платинированной платины, контактирующей с газообразным водородом, находящимся под давлением 101 кПа (р = 1), и раствором, в котором активность ионов Н+ равна единице. Водородный электрод относится к газовым электродам, т. е. электродам, в котором, по крайней мере, один из реагентов является газообразным. Так как для протекания электродной реакции необходим подвод и отвод электронов, то газовые электроды содержат проводники 1-го рода, которые непосредственно в реакции не участвуют (ионы его не переходят в раствор) и в ходе реакции не меняются. В качестве проводника 1-го рода для стандартного водородного электрода служит платина. При контакте платины с молекулярным водородом происходит адсорбция водорода на платине. Адсорбированный водород, взаимодействуя с молекулами воды, переходит в раствор в виде ионов, оставляя в платине электроны. При этом платина заряжается отрицательно, а раствор — положительно. Возникает скачок потенциала между платиной и раствором. Наряду с переходом ионов в раствор идет обратный процесс восстановления ионов Н+ с образованием молекул водорода. Равновесие на водородном электроде можно представить в виде:
2Н+ — 2е— ↔H2. (4)
Абсолютное значение потенциала водородного электрода неизвестно, но условно считают за нуль потенциал стандартного водородного электрода, т.е. потенциал при рн2=1 (101,325 кПа) и ан+=1 моль/л.
Водородная шкала потенциалов
Для определения потенциалов электродов по водородной шкале собирают гальванический элемент, одним из электродов которого является измеряемый, а вторым — стандартный водородный электрод. Схему такого элемента записывают следующим образом: слева — водородный электрод, справа — измеряемый электрод. Например, схема гальванического элемента для измерения потенциала цинкового электрода имеет вид:
Н2, Pt | H+|| Zn2+ | Zn, (5)
а схема элемента для измерения потенциала медного электрода:
H2, Pt | H+ || Cu2+ | Сu (6)
ЭДС элемента равна разности потенциалов правого (φп)и левого (φЛ) электродов:
Еэ = φп – φл
А так как потенциал левого электрода условно принимается равным нулю, то ЭДС измеряемого элемента будет равна потенциалу правого электрода. Таким образом, электродный потенциал по водородной шкале Е — это ЭДС электрохимической системы, в которой справа расположен данный электрод, а слева — стандартный водородный электрод.
Обычно индексы «п» и «л» при обозначении потенциалов опускаются, и потенциалы записываются через φ с индексами исходных веществ и продуктов реакции, например φZn2+/Zn или φCu2+/Cu.
Соответственно для водородно-цинкового элемента:
H2, Pt | H+ || Zn2+ | Zn (7)
ЭДС равна:
Eэ = φZn2+/Zn+φH+/H2 = φZn2+/Zn (8)
Для медно-водородного элемента:
Н2, Pt | H+ || Cu2+ | Cu (9)
ЭДС рассчитывают по уравнению:
Eэ = φCu2+/Cu+φH+/H2 = φCu2+/Cu (10)
ЭДС элемента и соответственно потенциал по водородной шкале можно определить или экспериментально компенсационным методом, или термодинамически по известным значениям энергии Гиббса токообразующих реакций. Например, токообразующей реакцией в водородно-цинковом элементе будет:
Zn + H2+ ↔ Zn2+ + H2 (11)
По термодинамическим данным можно найти энергию Гиббса этой реакции и по уравнению рассчитать ЭДС элемента.
Стандартный водородный электрод— определение, конструкция и маркированная схема
- Классы
- Класс 1-3
- Класс 4-5
- Класс 6-10
- Класс 11-12
- КОНКУРЕНТНЫЙ ЭКЗАМЕН
- BNAT 000 NC
- BNAT 000 Книги
- Книги NCERT для класса 5
- Книги NCERT для класса 6
- Книги NCERT для класса 7
- Книги NCERT для класса 8
- Книги NCERT для класса 9
- Книги NCERT для класса 10
- Книги NCERT для класса 11
- Книги NCERT для класса 12
- NCERT Exemplar
- NCERT Exemplar Class 8
- NCERT Exemplar Class 9
- NCERT Exemplar Class 10
- NCERT Exemplar Class 11
- NCERT Exemplar Class 11
- NCERT 9000 9000
- NCERT
- Решения RS Aggarwal, класс 12
- Решения RS Aggarwal, класс 11
- Решения RS Aggarwal, класс 10 90 003 Решения RS Aggarwal класса 9
- Решения RS Aggarwal класса 8
- Решения RS Aggarwal класса 7
- Решения RS Aggarwal класса 6
- Решения RD Sharma
- RD Sharma Class 6 Решения
- Решения RD Sharma Решения RD Sharma класса 8
- Решения RD Sharma класса 9
- Решения RD Sharma класса 10
- Решения RD Sharma класса 11
- Решения RD Sharma класса 12
- BNAT 000 Книги
- PHYSICS
- Механика
- Оптика
- Термодинамика Электромагнетизм
- ХИМИЯ
- Органическая химия
- Неорганическая химия
- Периодическая таблица
- MATHS
- Теорема Пифагора 0003000300030004
- BNAT 000 NC
- Простые числа
- Взаимосвязи и функции
- Последовательности и серии
- Таблицы умножения
- Детерминанты и матрицы
- Прибыль и убыток
- Полиномиальные уравнения
- Деление фракций
- Классы
- 000
- 000
- 000
- 000
- 000 BIOG3000
- Математические формулы
- Алгебраные формулы
- Тригонометрические формулы
- Геометрические формулы
- FORMULAS
- КАЛЬКУЛЯТОРЫ
- Математические калькуляторы
- 000 PBS4000
- 000
- 000 Физические калькуляторы
- 000
- 000
- 000 PBS4000
- 000
- 000 Калькуляторы для химии Класс 6
- Образцы бумаги CBSE для класса 7
- Образцы бумаги CBSE для класса 8
- Образцы бумаги CBSE для класса 9
- Образцы бумаги CBSE для класса 10
- Образцы бумаги CBSE для класса 11
- Образцы бумаги CBSE чел. для класса 12
- CBSE, вопросник за предыдущий год, класс 10
- CBSE, вопросник за предыдущий год, класс 12
- HC Verma Solutions, класс 11, физика
- Решения HC Verma, класс 12, физика
- Решения Лакмира Сингха, класс 9
- Решения Лакмира Сингха, класс 10
- Решения Лакмира Сингха, класс 8
- CBSE Notes
- Примечания CBSE класса 7
- Примечания к редакции
- CBSE Class
- Примечания к редакции класса 10 CBSE
- Примечания к редакции класса 11 CBSE 9000 4
- Примечания к редакции класса 12 CBSE
- Дополнительные вопросы CBSE
- Дополнительные вопросы по математике класса 8 CBSE
- Дополнительные вопросы по науке 8 класса CBSE
- Дополнительные вопросы по математике класса 9 CBSE
- Дополнительные вопросы по науке класса 9 CBSE
Дополнительные вопросы по математике для класса 10
- CBSE Class
- Дополнительные вопросы по науке, класс 10 по CBSE
- , класс 3
- , класс 4
- , класс 5
- , класс 6
- , класс 7
- , класс 8
- , класс 9 Класс 10
- Класс 11
- Класс 12
- Решения NCERT для класса 11
- Решения NCERT для класса 11 по физике
- Решения NCERT для класса 11 Химия Решения для биологии класса 11
- Решения NCERT для математики класса 11 9 0003 NCERT Solutions Class 11 Accountancy
- NCERT Solutions For Класс 12 по физике
- Решения NCERT для химии класса 12
- Решения NCERT для класса 12 по биологии
- Решения NCERT для класса 12 по математике
- Решения NCERT Бухгалтерский учет 12 класса
- Решения NCERT Класс 12 Бизнес-исследования
- Решения NCERT, класс 12 Экономика
- NCERT Solutions Class 12 Accountancy Part 1
- NCERT Solutions Class 12 Accountancy Part 2
- NCERT Solutions Class 12 Micro-Economics
- NCERT Solutions Class 12 Commerce
- NCERT Solutions Class 12 Macro-Economics
- Решения NCERT для математики класса 4
- Решения NCERT для класса 4 EVS
- Решения NCERT для математики класса 5
- Решения NCERT для класса 5 EVS
- Решения NCERT для математики 6 класса
- Решения NCERT для науки 6 класса
- Решения NCERT для 6 класса социальных наук
- Решения NCERT для 6 класса Английский
- Решения NCERT для класса 7 Математика
- Решения NCERT для класса 7 Наука
- Решения NCERT для класса 7 по социальным наукам
- Решения NCERT для класса 7 Английский
- Решения NCERT для класса 8 Математика
- Решения NCERT для класса 8 Science
- Решения NCERT для класса 8 по социальным наукам
- Решение NCERT ns для класса 8 Английский
- Решения NCERT для социальных наук класса 9
- Решения NCERT для математики класса 9 Глава 1
- Решения NCERT для Математика класса 9 Глава 2
- Решения NCERT для математики класса 9 Глава 3
- Решения NCERT для математики класса 9 Глава 4
- Решения NCERT для математики класса 9 Глава 5
- Решения NCERT для математики класса 9 Глава 6
- Решения NCERT для Математика класса 9 Глава 7
- Решения NCERT для математики класса 9 Глава 8
- Решения NCERT для математики класса 9 Глава 9 Решения NCERT
- для математики класса 9 Глава 10
- Решения NCERT для математики класса 9 Глава 11
- Решения NCERT для Математика класса 9 Глава 12
- Решения NCERT для математики класса 9 Глава 13 Решения
- NCERT для математики класса 9 Глава 14
- Решения NCERT для математики класса 9 Глава 15
- Решения NCERT для науки класса 9 Глава 1
- Решения NCERT для науки класса 9 Глава 2
- Решения NCERT для класса 9 Наука Глава 3
- Решения NCERT для Науки Класса 9 Глава 4
- Решения NCERT для Науки Класса 9 Глава 5
- Решения NCERT для Науки Класса 9 Глава 6
- Решения NCERT для Науки Класса 9 Глава 7
- Решения NCERT для Класса 9 Наука Глава 8
- Решения NCERT для Науки Класса 9 Глава 9
- Решения NCERT для Науки Класса 9 Глава 10
- Решения NCERT для Науки Класса 9 Глава 12
- Решения NCERT для Науки Класса 9 Глава 11
- Решения NCERT для Класса 9 Наука Глава 13
- Решения NCERT для класса 9 Наука Глава 14
- Решения NCERT для класса 9 по науке Глава 15
- Решения NCERT для класса 10 по социальным наукам
- Решения NCERT для класса 10 по математике Глава 1
- Решения NCERT для математики класса 10 Глава 2
- Решения NCERT для математики класса 10 Глава 3
- Решения NCERT для математики класса 10 Глава 4
- Решения NCERT для математики класса 10 Глава 5
- Решения NCERT для математики класса 10 Глава 6
- Решения NCERT для математики класса 10 Глава 7
- Решения NCERT для математики класса 10 Глава 8
- Решения NCERT для математики класса 10 Глава 9
- Решения NCERT для математики класса 10 Глава 10
- Решения NCERT для математики класса 10 Глава 11
- Решения NCERT по математике класса 10 Глава 12
- Решения NCERT по математике класса 10 Глава 13
- NCERT Sol
- Решения NCERT для математики класса 10 Глава 15
- Решения NCERT для науки 10 класса Глава 1
- Решения NCERT для науки 10 класса Глава 2
- Решения NCERT для науки класса 10, глава 3
- Решения NCERT для науки класса 10, глава 4
- Решения NCERT для науки класса 10, глава 5
- Решения NCERT для науки класса 10, глава 6
- Решения NCERT для науки класса 10, глава 7
- Решения NCERT для науки класса 10, глава 8
- Решения NCERT для науки класса 10, глава 9
- Решения NCERT для науки класса 10, глава 10
- Решения NCERT для науки класса 10, глава 11
- Решения NCERT для науки класса 10, глава 12
- Решения NCERT для науки 10 класса Глава 13
- Решения NCERT для науки 10 класса Глава 14
- Решения NCERT для науки класса 10 Глава 15 Решения NCERT
- для науки класса 10 Глава 16
- Class 11 Commerce Syllabus
- ancy Class
- Программа обучения бизнесу 11 класса
- Программа курса экономики 11 класса
- Программа обучения 12 класса
- Программа обучения 12 класса
- Программа обучения бизнесу 12 класса
- Программа курса 12 класса 9000 9000
- Образцы документов по коммерции класса 11
- Образцы документов класса 12
- TS Grewal Solutions
- TS Grewal Solutions Class 12 Accountancy
- TS Grewal Solutions Class 11 Accountancy
- Отчет о движении денежных средств
- Что такое Entry евро
- Consumer Prote
23,5: Стандартный водородный электрод — Chemistry LibreTexts
Мы все с кем-то сравниваем себя. Могу я бежать быстрее тебя? Я выше своего отца? Это относительные сравнения, которые не дают много полезных данных. Когда мы используем стандарт для наших сравнений, каждый может сказать, как одно сравнивается с другим. Один метр — это одинаковое расстояние во всем мире, поэтому 100-метровая трасса в одной стране — это точно такое же расстояние, как 100-метровая трасса в другой стране. Теперь у нас есть универсальная база для сравнения.
Стандартный водородный электрод
Ряд активности позволяет нам предсказать относительную химическую активность различных материалов при использовании в окислительно-восстановительных процессах. Мы также знаем, что можем создать электрический ток с помощью комбинации химических процессов. Но как мы прогнозируем ожидаемое количество тока, которое будет проходить через систему? Мы измеряем этот поток как напряжение (электродвижущую силу или разность потенциалов).
Для этого нам нужен способ сравнения степени электронного потока в различных химических системах.0 \) стандартный редукционный потенциал.
Затем мы можем использовать эту систему для измерения потенциалов других электродов в полуячейке. Во втором полуячейке находится металл и одна из его солей (часто используется сульфат). В качестве примера мы будем использовать цинк (см. Рисунок ниже).
Рисунок 23.5.2: Стандартный водородный полуэлемент в паре с цинковым полуэлементом.Наблюдая за реакцией, мы замечаем, что масса твердого цинка уменьшается в ходе реакции. Это говорит о том, что реакция, происходящая в этой полуячейке, равна
.\ [\ ce {Zn} \ left (s \ right) \ rightarrow \ ce {Zn ^ {2+}} \ left (aq \ right) + 2 \ ce {e ^ -} \]
Итак, в ячейке происходит следующий процесс:
\ [\ begin {align} & \ ce {Zn} \ left (s \ right) \ rightarrow \ ce {Zn ^ {2+}} \ left (aq \ right) + 2 \ ce {e ^ -} \ : \ left (\ text {анод — окисление} \ right) \\ & 2 \ ce {H ^ +} \ left (aq \ right) + 2 \ ce {e ^ -} \ rightarrow \ ce {H_2} \ left ( g \ right) \: \ left (\ text {катод — уменьшение} \ right) \ end {align} \]
, а измеренное напряжение ячейки равно 0.0_ \ text {cell} = 0.34 \: \ text {V} \: \ left (\ text {медь} \ right) — \ left (-0,76 \: \ text {V} \: \ text {zinc} \ right ) = 1,10 \: \ text {вольт для ячейки} \]
,Введение в окислительно-восстановительные равновесия и электродные потенциалы
Различная химическая активность металлов
Когда металлы вступают в реакцию, они отдают электроны и образуют положительные ионы. Эта конкретная тема посвящена сравнению легкости, с которой металл делает это для образования гидратированных ионов в растворе — например, Mg 2+ (водный) или Cu 2+ (водный) .
Мы можем сравнить легкость, с которой происходят эти два изменения:
Каждый, кто занимался химией больше нескольких месяцев, знает, что магний более реактивен, чем медь.Первая реакция происходит гораздо легче, чем вторая. В этой теме мы попытаемся выразить это с помощью некоторых цифр.
Глядя на это с точки зрения равновесия
Предположим, у вас есть кусочек магния в стакане с водой. Атомы магния будут терять электроны и переходить в раствор в виде ионов магния. Электроны останутся на магнии.
Через очень короткое время на магнии произойдет накопление электронов, и он будет окружен в растворе слоем положительных ионов.Они будут стремиться держаться близко, потому что их притягивает отрицательный заряд на куске металла.
Некоторые из них будут достаточно привлечены, чтобы вернуть свои электроны и снова прилипнуть к куску металла.
Динамическое равновесие устанавливается, когда скорость, с которой ионы покидают поверхность, в точности равна скорости, с которой они снова присоединяются к ней. В этот момент на магнии будет постоянный отрицательный заряд и постоянное количество ионов магния, присутствующих в растворе вокруг него.
Упростив диаграмму, чтобы избавиться от «кусочков» магния, вы получите такую ситуацию:
Не забывайте, что это просто снимок динамического равновесия. Ионы постоянно уходят и снова присоединяются к поверхности.
Как бы все изменилось, если бы вы использовали кусок меди вместо куска магния?
Медь менее реактивна и поэтому менее легко образует ионы. Любые отколовшиеся ионы с большей вероятностью вернут свои электроны и снова прилипнут к металлу.Вы по-прежнему достигнете положения равновесия, но на металле будет меньше заряда и меньше ионов в растворе.
Если мы запишем две реакции как равновесные, то мы будем сравнивать два положения равновесия.
Положение магниевого равновесия. , ,
. , , лежит левее точки равновесия меди.
Обратите внимание на способ написания двух состояний равновесия.По соглашению, все эти равновесия записываются с электронами в левой части уравнения. Если вы обязательно будете придерживаться этого соглашения, вы обнаружите, что остальная часть этой темы будет намного легче визуализировать.
Все остальное, что касается электродных потенциалов, — это просто попытка присвоить несколько цифр этим различным положениям равновесия.
В принципе, это довольно просто сделать. В случае с магнием существует большая разница между отрицательностью металла и положительностью раствора вокруг него.В медном корпусе разница намного меньше.
Эта разность потенциалов может быть записана как напряжение — чем больше разница между положительным и отрицательным полюсом, тем больше напряжение. К сожалению, это напряжение невозможно измерить!
Было бы легко подключить вольтметр к металлическому элементу, но как бы вы подключили его к раствору? Поместив зонд в раствор рядом с металлом? Нет, не сработает!
Любой зонд, который вы вводите, будет иметь подобное равновесие, происходящее вокруг него.Лучшее, что вы могли бы измерить, — это некая комбинация эффектов на датчике и куске металла, который вы тестируете.
Идеи, лежащие в основе электрода сравнения
Предположим, у вас есть оптическое устройство для измерения высоты на некотором расстоянии, и вы хотите использовать его, чтобы узнать, какого роста был конкретный человек. К сожалению, вы не видите их ног, потому что они стоят в высокой траве.
Хотя вы не можете измерить их абсолютную высоту, вы можете измерить их высоту относительно удобной стойки.Предположим, что в этом случае человек оказался выше столба на 15 см.
Вы можете повторить это для множества людей. , ,
. , , и получите такой набор результатов:
,