Классификация электродов по типу электродного процесса и назначению

По типу электродного процесса электроды делятся на электроды I рода, электроды II рода и окислительно-восстановительные.

Электроды I рода представляют собой металл или металлоид, погруженный в раствор своей соли.

Например, Cu в CuSO₄. Схема записи: Cu²⁺ /Cuº.

На этом электроде идет реакция Cu²⁺ + 2ē → Cuº, которая определяет потенциал электрода. Потенциалопределяющие ионы – ионы Cu²⁺. Для медного электрода:

Если металл присутствует в чистом виде, а не в виде сплава или амальгамы, то аCu = 1 и z = 2. Тогда

Неметаллические электроды – электроды, состоящие из неметалла, погруженного в раствор, содержащий анионы этого неметалла.

Схематическая запись: Se ^2–/Se ⁰

Электродная реакция : Se + 2e = Se ^2–

Уравнение Нернста:

Газовые электроды– электроды, состоящие из инертного металла (обычно Pt), находящегося в одновременном контакте с газом и с раствором, содержащем ионы этого газа.

Схематическая запись: H⁺/ H₂ (Pt)

Электродная реакция: Н⁺ + 1е = ½ Н²

Уравнение Нернста:

Электроды II рода:

Электроды второго рода состоят из металла, покрытого слоем его труднорастворимой соли, погруженного в раствор, содержащий анионы этой соли.

Окисленной формой является труднорастворимая соль, а восстановленной металл и анион соли. Электроды второго рода обратимы по аниону, т.е. их потенциал является функцией активности аниона.

Схему и потенциалопределяющую реакцию записывают следующим образом:

 

А^z- | MA, M

МА+ze=М+ А^z-

Потенциал электрода второго рода можно представить выражением:

 

 

Поскольку в чистых твердых фазах активность веществ МА и М принимают равной единице, то конечное уравнение имеет вид:

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 хлорсеребряный и каломельный электроды.

 

Хлорсеребряный электрод: Сl ̅ / AgCl, Ag.

Представляет собой серебряную пластинку, покрытую слоем хлорида серебра и погруженную в раствор HCl.

Электродная реакция: AgCl + e ↔Ag + Cl^–;

Уравнение Нернста: для твердый фаз а AgCl = 1, a Ag = 1

 

Стандартный потенциал электрода при 298 К составляет 0,2223 В.

 

Каломельный электрод состоит из ртути, покрытой пастой, приготовленной из растёртой каломели Hg₂Cl₂ с ртутью, и раствора хлорида калия: Cl^–| Hg₂Cl₂, Hg.

Электродная реакция: Hg2Cl2 +2е=2Hg+2Cl^–

Уравнение Нернста:

2) Металл, покрытый труднорастворимым гидроксидом или оксидом металла и опущенный в раствор растворимого гидроксида:

 

OH ̅ / Cd(OH)₂, Cd или OH ̅ / HgO, Hg

 

Окислительно-восстановительные или редокс-электроды, состоят из инертного металла, например, платины, который не участвует в реакции, а является переносчиком электронов между окисленной и восстановленной формами вещества.

В общем виде схема электрода и уравнение потенциалопределяющей реакции записывается так:

Ox, Red│Pt; Ox+ze=Red

 

Потенциал их определяется:

Окислительно-восстановительные электроды бывают двух типов:

-простые Ох/Red электроды - электроды, в которых электродная реакция состоит в изменении заряда ионов.

 

Например: Fe³⁺, Fe²⁺ / Pt. На этом электроде протекает реакция: Fe³⁺ + ē → Fe²⁺.

 

-сложные Ох/Red электроды. В потенциалопределяющих реакциях сложных систем участвуют ионы Н⁺ и молекулы воды.

Наример, хингидронный электрод.

Хингидрон представляет собой труднорастворимое соединение хинона и гидрохинона в соотношении 1:1, так называемая эквимолекулярная смесь. В растворе между хиноном и гидрохиноном протекает окислительно- восстановительная реакция:

Из последнего уравнения видно, что потенциал окислительно-восстановительного электрода зависит от активности ионов Н⁺ в растворе. При условиях, обеспечивающих постоянство активностей других компонентов потенциалопределяющей реакции, такие окислительно-восстановительные электроды могут быть использованы как индикаторные при потенциометрическом определении рН растворов.