Основные типы электродов и расчет их потенциала

Различают следующие типы электродов

1) Электроды I рода – металлические, представляющие собой металл, погруженный в раствор соли металла: Ме/Ме^+z

Реакции, протекающие на электродах, принято записывать так, чтобы в левой части уравнения находились окисленные формы реагирующих веществ, а в правой – восстановленные. В основе работы электрода I рода лежит реакция:

.

Применим уравнение Нернста для расчета потенциала электрода:

.

В электрохимии стандартные состояния выбирают таким образом, что активность нейтральных металлов равна единице: , тогда

.

Потенциал электрода I рода определяется термодинамической активностью ионов данного металла в растворе, поэтому электроды I рода обратимы относительно катиона. К электродам I рода относятся цинковый, медный электроды и т.д.

2) Электроды II рода представляют собой металлическую пластину, покрытую слоем труднорастворимой соли данного металла и погруженную в раствор, содержащий анионы труднорастворимой соли: Ме, MeAn/An^-z

В основе работы электрода II рода лежит реакция:

.

Применяя уравнение Нернста с учетом выбранного стандартного состояния, получаем:

Электроды II обратимы относительно аниона. Основными представителями электродов II рода являются хлорсеребряный и каломельный электроды, которые на практике часто применяют в качестве электродов сравнения, в частности при измерении рН растворов.

3) Газовые электроды – электроды, состоящие из инертного металла, контактирующего одновременно с газом и раствором, содержащим ионы газообразного вещества. Типичным представителем газовых электродов является водородный электрод, представляющий собой платиновую пластинку, покрытую слоем электролитической платины для обеспечения достаточной площади поверхности и опущенную в раствор, содержащий ионы водорода, при этом через раствор непрерывно пропускается газ, содержащий молекулярный водород.

В основе работы водородного электрода лежит реакция:

.

Применим уравнение Нернста:

.

Если принять, что активность молекулярного водорода равна парциальному давлению, то

.

Если , то такой электрод является стандартным и его потенциал равен нулю:

4) Амальгамные электроды представляют собой металлическую пластину, покрытую слоем амальгамного металла (т.е. раствора данного металла в ртути) и опущенную в раствор, содержащий ионы данного металла:
Ме, Ме(Hg)/Me^+z.

В основе работы амальгамного электрода лежит реакция:

Уравнение для расчета потенциала амальгамного электрода имеет вид:

.

5)Электроды III рода или окислительно-восстановительные электроды, представляют собой пластину из инертного металла, например, платины, погруженную в раствор, содержащий окисленные и восстановленные формы веществ (ионов или молекул). Характерной особенностью таких электродов является то, что процесс окисления-восстановления протекает в растворе без участия вещества самого металлического электрода, который играет роль проводника электрического тока: Pt/Ox, Red.

Например, ферро-ферри электрод: Pt/Fe³⁺, Fe²⁺

В основе работы такого электрода лежит реакция:

Уравнение для расчета потенциала электрода имеет вид:

.

Раздел V. химическая кинетика и катализ

Химическая кинетика – наука о скорости протекания химических реакций.

Скорость химической реакции – изменение концентрации одного из реагирующих веществ в единицу времени.

Поскольку в реакциях вещества участвуют в стехиометрических соотношениях, за скорость реакции может быть принята производная от концентрации любого из реагирующих веществ по времени:

,

где с_исх – концентрация исходного вещества;

t – время.

Если в качестве одного из реагирующих веществ выбран продукт реакции, то

Скорость реакции всегда положительна, поэтому для исходных веществ, концентрация которых убывает, производную берут со знаком «–».

Скорость реакции в момент времени t равна тангенсу угла наклона касательной, проведенной к кривой зависимости с = f(t) в точке, соответствующей времени t:

– для исходных веществ

– для продуктов реакции.

Среднюю скорость реакции за промежуток времени ∆ τ можно рассчитать:

Изменения концентраций каждого из реагентов связаны друг с другом стехиометрическими соотношениями. Тогда для реакции

(*)

скорость можно выразить

.