Вимірювання окисно-відновних потенціалів. Водневий електрод.

Для вимірювання окисно-відновних потенціалів використовують систему, схема якої наведена на мал. 1.

Мал..1

В якості універсального електрода порівняння для вимірювання ОВП прийнятий науковим співтовариством стандартний водневий електрод складається з платинового смужки, покритої шаром дрібнодисперсного платини (платинової черні), і зануреної в розчин соляної (сірчаної) кислоти з активністю іонів хімелемента водню, що дорівнює одиниці: а Н + =1. Платина омивається газоподібним воднем під тиском 1013 кПа (1 атм), який сорбується на пористій поверхні платинової черні. Позначається стандартний водневий електрод: Pt(H 2) (p=1атм) HCl (а Н + =1). На поверхні такого оборотно працюючого електрода протікає полуреакция: 2Н + + 2е Н 2 ^. Потенціал, якої умовно прийнятий нулю при будь-якій температурі: Е СВЭ =0. Слід зазначити, що СВЭ не є окисно-відновним електродом, а відноситься до так званих електродів першого роду. Їх потенціал залежить від активності певних катіонів – в наведеному прикладі від активності катіонів водню.

В стакані 1 знаходиться система, потенціал якої нам потрібно визначити. У стакан 2 налито розчин сірчаної кислоти (сульфатної кислоти) з концентрацією 1 моль/л. Платинова пластинка, вкрита шаром губчастої платини, знаходиться в скляному кожусі, через який при 298^оК пропускається газуватий водень під тиском 101,3 кПа. На поверхні платинової пластинки, що насичена і молекулярним воднем і іонами водню (Гідрогену) встановлюється рівновага:

2Н⁺ + 2ē = Н₂

що характеризується певним значенням потенціалу.

Електродний потенціал, що відповідає стандартним умовам (298^о К, тиск водню 101,3 кПа, концентрація сульфатної кислоти 1 моль/л) має назву стандартного водневого потенціалу, а його величина умовно прийнято за нуль.

Стакани 1 і 2 з’єднують електрохімічним містком – скляним сифоном, заповненим сумішшю агар-агару з хлоридом калію. Такий місток добре проводить електричний струм, проте сполуки, що знаходяться в стаканах 1 і 2 не можуть змішуватись.

З’єднуючи досліджуваний електрод, що є окисно-відновною системою (за стандартних умов), зі стандартним водневим електродом, визначають стандартний електродний потенціал будь-якої системи - Е^о.

Напругу струму, що проходить в замкненому колі, вимірюють вольтметром або потенціометром. Величина цієї напруги характеризує силу споріднення електронів з іоном або атомом.

Окисно-відновний потенціал вважають позитивним, якщо потік електронів у зовнішньому колі спрямований від водневого електроду до електроду, потенціал якого вимірюють. Якщо ж потік електронів у зовнішньому колі протилежний – вважають, що потенціал системи має негативне значення.

Якщо в стакан 1 налити розчин солі (1 моль/л) і занурити пластинку металу М (електрод А), яким утворена сіль, то вольтметр покаже Е^о переходу

Mⁿ⁺ + n ē =M^o

Розмістивши метали у порядку зростання значень їхніх стандартних електродних потенціалів, одержують електрохімічний ряд напруги металів:

Li, Rb, K, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, H₂,