Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Электрические потенциалы на границе жидкости и твердого тела
Абсолютно нерастворимых веществ не бывает. Если металлическую пластинку опустить в воду, то очень небольшое количество металла растворится в воде, однако в воду перейдут не атомы, а катионы металла, потому что электроны останутся в пластинке (особенность атомов металла заключается в их способности легко терять свои электроны). В результате металлическая пластинка приобретет отрицательный заряд, а раствор вокруг пластинки – положительный. Возникнет двойной электрический слой (ДЭС). Аналогичный процесс окисления металла (то есть отдачи электронов) будет происходить при опускании цинковой пластинки в раствор соли цинка (рис. 7.1а): (7.1) Металл, находящийся в растворе соли этого же металла, называется электродом I рода. Если в раствор соли меди опустить медную пластинку, произойдет обратный процесс – катионы меди из раствора будут переходить на поверхность пластинки, которая приобретет уже не отрицательный, как у цинка, а положительный заряд (рис.7.1б). (7.2) В этом случае также возникнет двойной электрический слой, но уже другой полярности. Процессы окисления цинка и восстановления меди в электродах первого рода быстро закончатся, потому что система придет к состоянию равновесия. Однако если в двух электродах первого рода, цинковом и медном, соединить как металлы, так и растворы, процесс окисления цинка (7.1) и восстановления меди будут продолжаться. Получится так называемый гальванический элемент (рис. 7.2).
Процессы окисления в гальваническом элементе протекают на одном электроде (7.1), а процессы восстановления – на другом (7.2). От поверхности цинковой пластинки берут начало два потока (7.1) – электронов, движущихся по металлу, и катионов, текущих по раствору. Оба потока будут направлены к медной пластинке, и на ее поверхности эти два потока соединятся (7.2). При написании схемы гальванического элемента одна вертикальная черта обозначает границу раздела фаз твердое тело – раствор, а две вертикальные черты обозначают границу между двумя растворами: – Zn|Zn2+||Cu2+|Cu + Гальванические элементы являются очень распространенными источниками электрического тока. Чаще всего используют цинковый стаканчик (восстановитель), внутри стаканчика находится сильный окислитель, диоксид марганца. В окислитель опущен графитовый электрод.
Разность потенциалов в двойном электрическом слое невозможно определить непосредственно. Для ее оценки собирают гальванический элемент, один из электродов которого выступает в качестве эталона (его потенциал принимается равным нулю). Таким эталоном является стандартный водородный электрод, представляющий собой платину (покрытую слоем аморфной платины), которая находится в растворе серной кислоты. Через раствор серной кислоты пропускается газообразный водород (рис.7.3). Все условия в этом электроде стандартные – температура составляет 25 оС, давление водорода – 101325 Па, концентрация катионов водорода – 1 моль/л. На поверхности платины могут протекать процессы окисления молекулярного водорода или восстановления катионов водорода: . (7.3) Для определения стандартного электродного потенциала собирают гальванический элемент, состоящий из исследуемого электрода, находящегося в стандартных условиях, и стандартного водородного электрода. Стандартные условия подразумевают, в частности, молярную (эквивалентную) концентрацию ионов 1 моль/л (6.6). Таблицу, в которой собраны значения стандартных электродных потенциалов, принято называть рядом напряжений (приложение, табл. 6). Чем выше значение потенциала электрода, тем сильнее выражена окислительная активность пары окислитель-восстановитель. Чем ниже значение потенциала электрода, тем сильнее выражена восстановительная активность пары окислитель-восстановитель. Чтобы определить электродвижущую силу (э.д.с.) соответствующего гальванического элемента, следует найти разность электродных потенциалов. Например, для цинко-медного стандартного гальванического элемента э.д.с. составляет 1,1 Вольт: . (7.4) Для расчета потенциала электрода, который не находится в стандартных условиях, следует воспользоваться уравнением Нернста, которое для электрода I рода записывается в следующем виде:
, (7.5) где φ – электродный потенциал (по отношению к стандартному водородному электроду), φ0 – стандартный электродный потенциал, R – универсальная газовая постоянная, T – абсолютная температура, z – заряд катиона Mez+, F – постоянная Фарадея. В электродах II рода металл покрыт малорастворимой солью этого же металла. Примером является хлорид-серебряный электрод, в котором серебро покрыто слоем малорастворимого хлорида серебра, и находится в растворе хлорида калия (рис. 7.4). В этом случае так же происходят процессы окисления или восстановления металла (серебра) , (7.6) однако катионы серебра взаимодействуют с хлорид-анионами, образуя малорастворимый хлорида серебра (7.7) Окисление (или восстановление) серебра (7.6) контролируется процессом выпадения (или растворения) осадка AgCl (7.7), который, в свою очередь, зависит от концентрации хлорид-анионов. Поэтому электродный потенциал в данном случае определяется концентрацией не катионов, как в электроде I рода, а анионов: (7.8) (уравнение Нернста для хлорид-серебряного электрода). Электроды III рода являются инертными. Обычно они выполнены из платины, которая практически не способна окисляться. Электроды третьего рода выполняют функцию посредников, отбирая электроны у находящихся в растворе ионов-восстановителей Red, и передавая их ионам-окислителям Ox. Уравнение Нернста для электродов III рода записывается следующим образом: (7.9) Электродный потенциал среды (например, почвы или пищевого продукта), который можно определить с помощью электрода III рода, указывает на ее окислительную или восстановительную активность. Чем потенциал больше, тем сильнее проявляются окислительные свойства. Выражения (7.5, 7.8 и 7.9) имеют приблизительный характер. Для более точного расчета вместо концентраций следует использовать активность (4.4). В потенциометрическом анализе используется пара электродов, один их которых является индикаторным, а второй – электродом сравнения. Индикаторный электрод откликается на изменения в исследуемой среде, его потенциал меняется. Потенциал электрода сравнения остается постоянным, он не зависит от изменений во внешней среде. В качестве индикаторного электрода в потенциометрическом анализе обычно используются мембранные ионоселективные электроды, потенциал которых определяется концентрацией какого-то определенного иона, например, концентрацией катионов водорода (водород-селективный электрод, предназначенный для измерения рН). Схема ионо-селективного электрода представлена на рис. 7.5. Мембрана, отделяющая электрод I или II рода от исследуемого раствора, способна пропускать ионы только одного вида, например, только катионы водорода H+, или только катионы аммония NH4+ (аммоний-селективный электрод), или только нитрат-анионы NO3- (нитрат-селективный электрод). Соответственно, потенциал электрода будет определяться концентрацией исследуемых ионов. В качестве электрода сравнения обычно используют хлорид-серебряный электрод с капилляром (рис. 7.5). Задача капилляра – ослабить смешивание исследуемого раствора с внутренним раствором хлорид-серебряного электрода.
В прямом потенциометрическом анализе перед использованием ионоселективного электрода проводят его калибровку, определяя его потенциалы в растворах различных концентраций. Данный метод позволяет легко и быстро определять концентрацию ионов в растворе. Наряду с прямым потенциометрическим анализом, который был описан выше, применяют потенциометрическое титрование, используя электроды в качестве замены индикаторов. Данный метод позволяет получить более точные данные по сравнению с обычным титрованием, кроме того, он может использоваться для анализа мутных и окрашенных растворов.
|
||||||||||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2021-11-27; просмотров: 75; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.143.3.104 (0.013 с.) |