Elektroda pierwszego rodzaju

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania

Elektroda pierwszego rodzajuelektroda odwracalna (równowagowa) z jedną granicą faz, na której zachodzi szybka, odwracalna reakcja potencjałotwórczareakcja utleniania lub redukcji. Potencjał powstaje na granicy między metalem i elektrolitem, przy czym metal jest jednym z reagentów lub pełni tylko funkcję przenośnika elektronów między reagentami znajdującymi się w otoczeniu[1][2][3].

Przykłady elektrod I rodzaju[edytuj | edytuj kod]

Schemat elektrody miedzianej Cu/Cu2+
Elektroda wodorowa: 1 – blaszka Pt pokryta czernią platynową, 2 – pęcherzyki H2, 3 – elektrolit, 4 – zamknięcie hydrauliczne, 5 – zbiornik elektrolitu

Elektrodami pierwszego rodzaju (I rodzaju) są najczęściej metale (np. drut, blaszka) zanurzone w roztworach, które zawierają ich jony, np. [2]:

Do tej grupy zalicza się również elektrody gazowe, np. [2]:

lub elektrody redoks (metal szlachetny znajduje się w roztworze, w którym zachodzi reakcja redoks), np. [1]:

Stan równowagi[edytuj | edytuj kod]

W stanie równowagi reakcje utleniania metalu, prowadzące do tworzenia kationów, i reakcje redukcji kationów do atomów metalu zachodzą z jednakową szybkością. W tym stanie jednakowe są sumy potencjałów elektrochemicznych i chemicznych substratów i produktów reakcji elektrodowej. W ogólnym przypadku anodowego utleniania metalu (M) otrzymuje się wówczas równanie Nernsta w postaci[2][1]:

gdzie:

– potencjał normalny elektrody,
stała gazowa,
temperatura,
– liczba elektronów wymienianych w reakcji połówkowej,
stała Faradaya,
aktywności metalu i jego jonów w stanie równowagi.

W analogicznym przypadku elektrody wodorowej otrzymuje się zależność potencjału elektrody od pH:

Równania Nernsta są podstawą potencjometrycznych oznaczeń stężenia (np. pH-metria). Dokładność oznaczeń potencjometrycznych zależy od stałości i odtwarzalności potencjału stosowanych elektrod. W przypadku elektrod pierwszego rodzaju występują zmiany potencjału, spowodowane np. zmianami stanu powierzchni metalu w czasie procesów elektrochemicznych, pod wpływem czynników mechanicznych, adsorpcji gazów, powstawania warstewek tlenkowych. Najbardziej odtwarzalne potencjały mają elektrody monokrystaliczne, kontaktujące się z roztworem jedną płaszczyzną sieci krystalicznej. Skuteczną metodą zwiększania odtwarzalności bywa też działanie przeciwne – znaczne zwiększanie stopnia rozwinięcia powierzchni (stosowanie bardzo drobnych proszków metalicznych). Niepowtarzalność potencjału, związaną z orientacją sieci krystalicznej metalu względem powierzchni elektrody, bywa eliminowana również przez stosowanie amalgamatów[1].

Zamknięte obwody elektryczne[edytuj | edytuj kod]

Schemat ogniwa Daniella z dwoma elektrodami I rodzaju:
anodowe utlenianie cynku i katodowa redukcja miedzi

Przytoczone równania dotyczą wyłącznie stanu równowagi termodynamicznej, a więc sytuacji, gdy obwód elektryczny jest otwarty lub jest zamknięty z użyciem opornika o nieskończenie dużej rezystancji (natężenie prądu elektrycznego jest nieskończenie małe). W sytuacjach rzeczywistych (pracujące ogniwa galwaniczne lub elektrolizery) do stanu równowagi nie dochodzi. Potencjały są elektrod różnią się od wartości równowagowych o wartość nadnapięcia[4]. Pomiary wartości nadnapięcia stężeniowego na kroplowej elektrodzie rtęciowej są podstawą polarografii.

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Przypisy[edytuj | edytuj kod]

  1. a b c d Stanisław Bursa: Chemia fizyczna. Wyd. Wyd. 2 popr. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1979, s. 752–756. ISBN 83-01-00152-6. (pol.)
  2. a b c d Praca zbiorowa: Encyklopedia techniki – Chemia. Wyd. 4. Warszawa: Wydawnictwo Naukowo–Techniczne, 1993, s. 206. ISBN 83-204-1312-5.
  3. Leksykon naukowo-techniczny z suplementem. T. A-O. Warszawa: WNT, 1989, s. 686. ISBN 83-204-0969-1.
  4. Józef Szarawara: Termodynamika chemiczna. Warszawa: WNT, 1969, s. 21–23.