Гальванический электрод 2.0: полный обзор - DieselPower

Гальванический электрод 2.0: полный обзор

гальванический электрод

Гальванический электрод — это электрод, который погружен в электролит или соприкасается с ним. Используется в процессе электролиза.

Гальванический электрод: назначение

Повторимся, что данный электрод используется в электролизе (в процессе, в результате которого от гальванических элементов при прохождение электрического тока отделяется часть растворенных веществ), а также в гальванических источниках тока и т.д.

Гальванический электрод

Гальванический электрод 2.0: полный обзор 11

На границе гальванического электрода с электролитом происходят электрохимические процессы, которые могут быть восстановительными или окислительными.  Участвовать в таких процессах могут материалы электрода и соответствующие ионы электролита (так называемые растворимые гальванические электроды, например, Cu2+ + 2е ⇆ Cu).

Виды

Различают разрушаемые (в результате наводороживания, коррозии, растрескивания и т. п.) и неразрушаемые.

Полярность (+ Анод или – Катод) находится в прямой зависимости от характера происходящих на электроде процессов или подключения к тому или иному полюсу внешнего источника напряжения.

Также применяются биполярные гальванические элементы. У них одна из сторон выступает в роли катода, а другая – анода. Это происходит в результате последовательного включения нескольких гальванических электродов в электрическую цепь.

При изготовлении электродов могут использоваться дисперсные материалы (псевдоожиженный гальванический электрод, иногда с магнитным удержателем у токоподвода).

Важнейшей характеристикой является электродный потенциал (разность электрических потенциалов между электродом и находящимся с ним в контакте электролитом). Электродный потенциал устанавливается на границе электрод-электролит.

По применению выделяют гальванический электрод сравнения, индикаторный и др.

Подробнее об электролизе

Как уже говорилось, электролиз — физико-химический процесс, который состоит в выделении на электродах составных частей растворённых веществ или других веществ. Они являются результатом вторичных реакций на электродах. Вторичные реакции возникают при прохождении электрического тока через раствор, либо расплав электролита.

Электролиз является одним из лучших способов золочения или покрытия металла медью, золотом.

электролиз

Упорядоченное движение ионов в проводящих ток жидкостях происходит в электрическом поле, которое создаётся электродамипроводниками, которые соединены с полюсами источника электрической энергии.

Катодом при электролизе принято называть отрицательный гальванический электрод, анодом — положительный.

Положительные ионы — катионы (ионы металлов, водородные ионы, ионы аммония и др.) — движутся к катоду, отрицательные ионы — анионы (ионы кислотных остатков и гидроксильной группы) — движутся к аноду.

Реакции, которые происходят при электролизе на электродах, называются вторичными. Первичными являются реакции диссоциации в электролите.

Разделение реакций на первичные и вторичные помогло Майклу Фарадею (английскому физику-экспериментатору и химику) установить законы электролиза.

Род элементов

Обратимые

  • Гальванический электрод 1-го рода. Состоят из металла, погружённого в раствор соли.
  • Гальванический электрод 2-го рода. Состоит из металла, покрытого труднорастворимой солью данного металла. Погружен в раствор соли, содержащий общий анион с нерастворимой солью (хлорсеребряный электрод, каломельный электрод, металл-оксидные электроды);

электроды второго рода

  • 3-го рода. Состоят из двух нерастворимых осадков электролитов: в менее растворимом есть катион, образующийся из металла электрода, а в более растворимом — есть общий анионс первым осадком;

электрод третьего рода

  • Газовые — Состоят из неактивного металла в растворе и газа (кислородный и водородный).

Водородный электрод

  • Амальгамные. Состоят из раствора металла в ртути;

Амальгамный электрод

  • Окислительно-восстановительные. Гальванический электрод здесь состоит из неактивного металла (ферри-ферро-электрод, хингидронный электрод).

окислительно-восстановительный электрод

Ионоселективные мембранные

  • С ионообменной мембраной с фиксированными зарядами — стеклянный гальванический электрод;
  • Состоящие из жидких ассоциированных ионитов;
  • С мембраной на основе мембраноактивных комплексонов;
  • С моно- и поликристаллической мембранами.

Таблица: стандартные потенциалы электродов (25o С)

Гальванический электрод

Электродная реакция

Eo, В

Li+/Li Li+ + e = Li -3.045
K+/K K+ + e = K -2.925
Ba2+/Ba Ba2+ + 2e = Ba -2.906
Ca2+/Ca Ca2+ + 2e = Ca -2.866
Na+/Na Na+ + e = Na -2.714
La3+/La La3+ + 3e = La -2.522
Mg2+/Mg Mg2+ + 2e = Mg -2.363
Be2+/Be Be2+ + 2e = Be -1.847
A13+/A1 Al3+ + 3e = Al -1.662
Ti2+/Ti Ti2+ + 2e = Ti -1.628
Zr4+/Zr Zr4+ + 4e = Zr -1.529
V2+/V V2+ + 2e = V -1.186
Mn2+/Mn Mn2+ + 2e = Mn -1.180
WO42-/W WO42- + 4H2O + 6e = W + 8OH -1.05
Se2-/Se Se + 2e = Se2- -0.77
Zn2+/Zn Zn2+ + 2e = Zn -0.763
Cr3+/Cr Cr3+ + 3e = Cr -0.744
Ga3+/Ga Ga3+ + 3e = Ga -0.529
S2-/S S + 2e = S2- -0.51
Fe2+/Fe Fe2+ + 2e = Fe -0.440
Cr3+,Cr2+/Pt Cr3+ + e = Cr2+ -0.408
Cd2+/Cd Cd2+ + 2e = Cd -0.403
Ti3+, Ti2+/Pt Ti3+ + e = Ti2+ -0.369
Tl+/Tl Tl+ + e = Tl -0.3363
Co2+/Co Co2+ + 2e = Co -0.277
Ni2+/Ni Ni2+ + 2e = Ni -0.250
Mo3+/Mo Mo3+ + 3e = Mo -0.20
Sn2+/Sn Sn2+ + 2e = Sn -0.136
Pb2+/Pb Pb2+ + 2e = Pb -0.126
Ti4+, Ti3+/Pt Ti4+ +e = Ti3+ -0.04
D+/D2, Pt D+ + e = 1/2 D2 -0.0034
H+/H2, Pt H+ + e = 1/2 H2 0.000
Ge2+/Ge Ge2+ + 2e = Ge +0.01
Br/AgBr/Ag AgBr + e = Ag + Br +0.0732
Sn4+, Sn2+/Pt Sn4+ + 2e = Sn2+ +0.15
Cu2+, Cu+/Pt Cu2+ + e = Cu+ +0.153
Cu2+/Cu Cu2+ + 2e = Cu +0.337
Fe(CN)64-, Fe(CN)63-/Pt Fe(CN)63- + e = Fe(CN)64- +0.36
OH/O2, Pt l/2 O2 + H2O + 2e = 2OH +0.401
Cu+/Cu Cu+ + e = Cu +0.521
J/J2, Pt J2 + 2e = 2J +0.5355
Te4+/Te Te4+ + 4e = Te +0.56
MnO4, MnO42-/Pt MnO4 + e = MnO42- +0.564
Rh2+/Rh Rh2+/Rh +0.60
Fe3+, Fe2+/Pt Fe3+ + e = Fe2+ +0.771
Hg22+/Hg Hg22+ + 2e = 2Hg +0.788
Ag+/Ag Ag+ + e = Ag +0.7991
Hg2+/Hg Hg2+ + 2e = Hg +0.854
Hg2+, Hg+/Pt Hg2+ + e = Hg+ +0.91
Pd2+/Pd Pd2+ + 2e = Pd +0.987
Br/Br2, Pt Br2 + 2e = 2Br +1.0652
Pt2+/Pt Pt2+ + 2e = Pt +1.2
Mn2+, H+/MnO2, Pt MnO2 + 4H+ + 2e = Mn2+ + 2H2O +1.23
Cr3+, Cr2O72-, H+/Pt Cr2O72- + 14H+ + 6e = 2Cr3+ + 7H2O +1.33
Tl3+, Tl+/Pt Tl3+ + 2e = Tl+ +1.25
Cl/Cl2, Pt Cl2 + 2e = 2Cl +1.3595
Pb2+, H+/PbO2, Pt PbO2 + 4H+ + 2e = Pb2+ + 2H2O +1.455
Au3+/Au Au3+ + 3e = Au +1.498
MnO4, H+/MnO2, Pt MnO4 + 4H+ + 3e = MnO2 + 2H2O +1.695
Ce4+, Ce3+/Pt Ce4+ + e = Ce3+ +1.61
SO42-,H+/PbSO4, PbO2, Pb PbO2 + SO42- + 4H+ + 2e =
PbSO4 + 2H2O
+1.682
Au+/Au Au+ + e = Au +1.691
H/H2, Pt H2 + 2e = 2H +2.2
F/F2, Pt F2 + 2e = 2F

Гальванический электрод и его потенциал. ЭДС реакции

Окислительно — восстановительный потенциал представляет собой частный, узкий случай понятия электродного потенциала. Разберем детальнее.

В окислительно-восстановительной реакции передача электронов восстановителями окислителям проходит при непосредственном контакте частиц. Энергия химической реакции переходит в тепловую.

Энергию любой ОВР, которая протекает в растворе электролита, возможно превратить в электрическую. 

Гальванический электрод Даниэля-Якоби, в котором левый сосуд заполнен раствором сульфата цинка ZnSO4, с опущенной в него цинковой пластинкой, а правый сосуд – раствором сульфата меди CuSO4, с опущенным в него медной пластинкой.

гальванический электрод

Взаимодействие между раствором и пластиной способствует тому, что гальванический электрод приобретает электрический заряд.

Возникающая на границе металл-раствор электролита разность потенциалов, называется электродным потенциалом.

Его значение и знак (+ или -) определяются природой раствора и находящегося в нем металла. При погружении металлов в растворы их солей более активные из них (Zn, Fe и др.) заряжаются отрицательно, а менее активные (Cu, Ag, Au и др.) положительно.

Результатом соединения цинковой и медной пластинки проводником электричества, является возникновение в цепи электрического тока за счет перетекания электронов с цинковой к медной пластинке по проводнику.

При этом происходит уменьшение количества электронов в цинке, что компенсируется переходом Zn2+ в раствор т.е. происходит растворение цинкового электрода — анода (процесс окисления).

Zn — 2e = Zn2+

В свою очередь, рост количества электронов в меди компенсируется разряжением ионов меди, которые содержатся в растворе, что приводит к накоплению меди на медном электроде – катоде (процесс восстановления):

Cu2+ + 2e = Cu

Таким образом, в элементе происходит такая реакция:

Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu

Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu

Как рассчитать потенциал электрода?

Количественно охарактеризовать окислительно-восстановительные процессы позволяют электродные потенциалы, которые можно измерить относительно нормального водородного электрода (его потенциал принят равным нулю).

Для определения стандартных электродных потенциалов применяют элемент, одним из электродов которого является испытуемый металл (или неметалл), а другим является водородный гальванический.

По найденной разности потенциалов на полюсах элемента определяют нормальный потенциал исследуемого металла.

Порадуйте статьей других:

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Пролистать наверх