Окислительно-восстановительные электроды

На электродах всех видов протекают реакции окисления или восстановления. Однако если реакция протекает на поверхности инертного материала и при этом не выделяется металл или газообразное вещество, то такие электроды принято называть окислительно-восстановительными, или редокс-электродами. Различают два вида окислительно-восстановительных электродов.

Простые окислительно-восстановительные электроды отличаются тем, что не сопровождающееся образованием металла или газообразных веществ изменение степени окисления элемента на поверхности инертного материала происходит без участия ионов или молекул других веществ.

Простые редокс-электроды характеризуются электродной реакцией, которую можно представить в общей форме:

Mz+ + ye = M(zy)+,

условной записью

Mz+, M(zy)+ ÷ Pt

и выражением для электродного потенциала

(2 - 5)

В качестве примера простого редокс-электрода можно привести электрод, на котором происходит восстановление ионов Fe3+ до Fe2+:

Fe3+ + e = Fe2+,

Fe3+, Fe2+÷ Pt,

Кроме приведенного электрода к числу простых редокс-электродов относятся цериевый электрод Ce4+,Ce3+/Pt, на котором протекает реакция:

Ce4+ + e = Ce3+,

таллиевый Tl3+,Tl+/Pt, ванадиевый V3+, V2+/Pt электроды и др.

Соотношение между активностями ионов с разной степенью окисления в простом редокс-электроде и, следовательно, электродный потенциал его зависят от окислительных свойств среды. С этой целью они могут использоваться в аналитической химии и биохимических исследованиях.

Еще одно применение простых редокс-электродов связано с расчетом потенциала некоторых гипотетических электродов.

Как правило, электрод, содержащий ионы в высшей степени окисления в контакте с металлом, например, Fe3+/Fe, неустойчив. Для расчета потенциала такого гипотетического электрода можно воспользоваться следующим приемом.

Найдем стандартный потенциал устойчивого электрода 1-го рода, в котором ионы с низшей степенью окисления металла находятся в контакте с металлом:

M(zy)+ + (z-y)e = M,

и стандартный электродный потенциал устойчивого простого редокс-электрода

Mz+ + ye = M(z-y)+, .

Ионы с высшей степенью окисления можно восстановить до металла, проведя последовательно процессы в гальванических элементах, первый из которых состоит из стандартного электрода сравнения и простого редокс-электрода и работа в котором равна

W’1= ×yF,

а второй состоит из стандартного электрода и электрода 1-го рода и в котором совершается работа, равная

W’2 = ×(z-y)F.

Вся работа по восстановлению ионов с высшей степенью окисления до металла равна

W’ = W’1 + W’2 .

Если бы была возможна реакция прямого восстановления ионов в высшей степени окисления

Mz+ + ze = M, ,

то работа по восстановлению ионов оказалась бы равной

W’x = ×zF.

Так как при постоянном давлении и постоянной температуре полезная работа квазистатического процесса не зависит от пути (она определяется приращением энергии Гиббса), то из равенства работ

W’x = W’ следует

×yF + ×(z−y)F = ×zF.

Таким образом, стандартный потенциал гипотетического электрода можно вычислить по формуле:

, (2 - 6)

которая называется формулой Лютера.

Сложные окислительно-восстановительные электроды. Отличительной особенностью этих электродов является то, что в реакции окисления или восстановления принимают участие другие ионы и молекулы.

Приведем в качестве примера сложного редокс-электрода кислотный перманганатный электрод:

MnO4- + 8H+ + 5e = Mn2+ + 4H2O,

MnO4-, Mn2+, H+÷ Pt,

Еще одним примером сложного редокс-электрода может служить гипойодиттно-йодидный электрод:

IO- + H2O + 2e = I- + 2OH,

IO-,I-, OH-÷ Pt,

Существуют разнообразные варианты сложных редокс-электродов, которые невозможно выразить единой формой записи. Характерно, что электродный потенциал сложных окислительно-восстановительных электродов зависит от водородного показателя среды. Эта особенность использована для измерения рН в специальном электроде - хингидронном электроде.

Хингидронный электрод представляет собой платиновую проволоку, погружаемую в исследуемую среду, в которую добавлено небольшое количество кристаллов хингидрона- эквимолекулярной смеси хинона С6Н4О2 и гидрохинона С6Н4(ОН)2.Хингидрон трудно растворяется в воде. Поэтому активность кристаллов хингидрона можно считать равной 1. На этом электроде происходит восстановление хинона до гидрохинона:

С6Н4О2 + 2Н+ +2е = С6Н4(ОН)2.

Условно электрод можно записать следующим образом:

Н+÷ С6Н4О26Н4(ОН)2, Pt.

Электродный потенциал хингидронного электрода зависит от рН среды:

Хингидронный электрод работает только в кислых и нейтральных средах, так как в щелочных средах происходит образование солей гидрохинона, которые хорошо растворимы в воде.








Дата добавления: 2015-07-22; просмотров: 4714;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.009 сек.