Классификация электродов

В зависимости от природы электродной реакции различают несколько типов электродов.

Электроды первого рода. Электродом первого рода называют металл, погруженный в раствор, содержащий его ионы.

Электрод первого рода можно представить в виде схемы: Mе^z+|Mе

Ему отвечает электродная реакция: Mе^z++zē = Mе

Потенциал электрода первого рода можно записать следующим образом:

где a a (Mе^z+) – активность ионов металла в растворе. Активность атомов в электроде из чистого металла принимается равной единице.

Потенциалы электродов первого рода обратимо зависят от активности собственных ионов в растворе

Примером электрода первого рода может служить медный электрод в растворе соли меди: Cu²⁺|Cu

Реакция на этом электроде: Cu²⁺+2ē=Cu

Электродный потенциал:

Электроды второго рода. Электрод второго рода состоит из металла, покрытого слоем малорастворимого соединения и погруженного в раствор растворимой соли, содержащей тот же анион, что и малорастворимое соединение.

Электрод второго рода и протекающая на нем реакция записываются в виде схемы: A^z-|MеA, Mе

MеA + zē = Mе + A^z-

Потенциал электрода второго рода можно представить следующим выражением:

где a(MеА) – активность малорастворимого соединения МеА на поверхности электрода;

a(Mе) – активность атомов в металле;

a(A^z-) – активность аниона A^z- в растворе.

В чистых твердых фазах активность веществ МеА и Ме принимается равной единице:

a(Mе) = a(МеA) = 1. При этом условии получаем уравнение:

Потенциалы электродов второго рода обратимо зависят от активности ионов, образующих малорастворимое соединение

Электроды второго рода широко применяются в электрохимических измерениях в качестве электродов сравнения, так как их потенциал устойчив во времени и хорошо воспроизводится.

Примерами электродов второго рода могут служить каломельный и хлорсеребряный электроды.

Схематически каломельный электрод можно представить как систему: Cl^– | Hg₂Cl₂, Hg

Соответствующая ей электродная реакция имеет вид:

1/2 Hg₂Cl₂+ ē = Hg + Cl^–

Электродный потенциал можно представить уравнением:

φ(Cl^– / Hg₂Cl₂, Hg) =0,2678 – 0,0592 lga(Cl^–) при 298 К.

Обычно используют каломельные электроды с содержанием KCl 0,1 М, 1,0 М и насыщенный раствор. Их потенциалы при 298 К даны в таблице 7 (приложение).

Хлорсеребряный электрод можно представить схемой:

Cl^–| AgCl, Ag

Ему отвечает реакция: AgCl + ē = Ag + Cl^–

Его потенциал определяется по уравнению:

φ(Cl^– / AgCl, Ag) =0,2224 – 0,0592 lga(Cl^–) при 298 К.

Потенциалы хлорсеребряных электродов приведены в таблице 7 (приложение).

Газовые электроды. Газовый электрод состоит из инертного металла (обычно платины), контактирующего одновременно с газом и раствором, содержащим ионы этого газообразного вещества.

Примером газового электрода может служить водородный электрод.

Водородный электрод представляет собой опущенную в раствор кислоты платиновую пластинку, покрытую платиновой чернью и насыщенную поступающим под давлением газообразным водородом (рис. 11).

С хема водородного электрода: Pt, H₂H⁺

Рис. 11. Схема водородного электрода

Водород хорошо растворяется в платине, при этом молекулы водорода частично распадаются на атомы (платина катализирует этот распад). На поверхности соприкосновения платины с раствором кислоты может протекать окисление атомов или восстановление ионов водорода, в результате чего образуется ДЭС с соответствующим скачком потенциала.

В водородном электроде возникают следующие равновесия:

Н₂(газ) ((;(( 2Н (адсорбированный платиной) ((;(( 2Н⁺(р-р) + 2ē

Так как адсорбированный платиной водород находится в равновесии с газообразным водородом, то можно рассматривать электрохимическое равновесие, опуская промежуточную стадию:

Н₂(газ) ((;(( 2Н⁺(р-р) + 2ē

Содержание газообразного вещества, участвующего в электродной реакции, принято выражать в единицах давления чистого газа или его парциального давления в газовой смеси. Потенциал водородного электрода описывается уравнением

где ^о(2Н⁺/Н₂) – стандартный потенциал водородного электрода;

а(Н⁺) – активность ионов водорода, моль/л;

р(Н₂) – давление газообразного водорода, атм.

Если давление задается в кПа, то уравнение принимает вид:

F Стандартным водородным электродом называют электрод, в котором давление газообразного водорода поддерживается 101 кПа (1 атм), а активность ионов водорода в растворе равна 1 моль/л.

Потенциал стандартного водородного электрода условно принят за нуль: ^о(2Н⁺/Н₂) = 0

При других активностях ионов водорода при условии, что р(H₂) = 1 атм уравнение Нернста для водородного электрода принимает следующий вид:

так как –lga(H⁺) = pH,

то ,