Электродтық процестер

0
  1. Электродтардың бірінші және екінші текті болып бөлінуі
  2. Бірінші текті электродтар: амальгамды электродтар ,Вестон элементі
  3. Екінші текті электродтар: хлоркүміс, каломельді электрод .Газды электродтар.Шыны электрод

Лекция мәтіні:

Гальваникалық элементтер екі электродтан немесе екі жарты элементтен тұрады. Олардың әрқайсысында тотығу-тотықсыздану реакциялары жүреді. Бұл реакцияларды тотығу-тотықсыздану процестері деп те айтады. Әдетте, бұл процестердің әуелі тотыкқан түрін, сосын тотықсызданған түрін жазады. Потенциал айырмасы:

.         М-/ —М-/      .         о  ,    ЯТ .       «тотығу

Аф= —- 5—;    Аф = Ф+-г1п     „                                 (НУ)

ү         Пі Ғ          т     ч-        пр     «тотыксыздану

мұндағы ф — потенциал айырмасы; [і; — химиялық потенциал, ал логарифм таңбасының астында тотыққан активтіліктің тотықсызданған түріне қатынасы тұр.

Электродты процеске қатысатын заттың химиялық табиғатына орай электродтар бірінші және екінші текті болып бөлінеді. Бірінші текті электродтар. Ондағы металл тотықсызданған түрге жатса, ал осы металдың ионы тотыққан болып есептеледі. Бұған мысал ретінде мыс пен мырыш электродтарын алуға болады. Бұл электродтардағы потенциал айырымы катиондардың активтілігінен функционалды тәуелділікте болғандықтан, оны катион арқылы қайтымдылықта болатын электродтар дейді. Оның потенциал айырымы:

Дф=Дф°=^1па2п2+(Дср=£; ДФ° = £°).

Сондай-ақ бірінші текті электродтар қатарында анион арқылы қайтымды болатын электродтар да бар. Мысалы, селенді электродта Зе + 2е^ь5е2_ реакциясы жүреді. Мұндағы потенциал айырмасы:

Е = Е°- -^1па2-

Сол сияқты амальгамды электродтар да осы топқа жатады. Амальгама дегеніміз сынаптың басқа металмен қоспасы немесе өзге металдың сынаптағы ерітіндісі. Бұған кадмий металының сынаппен қосылып құраған амальгамасы мысал болады. Ондағы сынапта кадмий металы еріген ерітінді — амальгама тотықсыз-данған түрге жатады. Мұндайда Вестон элементі дейді және онда Сс12+ + 2е^Сс1 реакция жүреді. Амальгамадағы кадмийдің актив-тілігі амальгаманың концентрациясына тәуелді:

Екінші текті электродтар. Бұл электродтар сырты өзінің ері-мейтін тұзымен қапталып, анионның жақсы еритін тұзының ері-тіндісіне батырылған металдан тұрады. Мысалы, күміс сымын суда ерімейтін күміс хлоридімен қаптап, сосын оны суда жақсы еритін хлорлы калий не тұз қышқылының ерітіндісіне батырса, екінші текті электродтар қатарына жататын, электроды хлоркүміс деп аталатын электрод шығады. Оның электродты реакциясы А~С1 (к)+е~:<=*А~+ + С1 түрінде жазылады. Ал потенциал айырымы: Е = Е°—-р- 1~асі- . Келесі екінші текті электродтың жиі кез-

десетін түрі — каломельді электрод. Ол Н~2С12 каломельден, сы-наптан және белгілі концентрациядағы хлорлы калий тұзынан тұрады, басқаша айтқанда, каломельмен сынапты қосып, оны мұқият араластыра келіп алынған пастаны белгілі концентрация-дағы хлорлы калий ерітіндісіне салады. Сонда Н~2С12(,<) + 2е=еь =г=ь2Н~ с) +2С1~ элсктродты процесі жүреді. Ал оның электродты потенциалы хлоркүмістікі сияқты анықталады.

Газды электродтар маңызды топ құрайды. Олар электродты процеске тікелей өзі қатыспайтын, бірақ газды өзіне адсорбциялайтын қабілеті бар металдан тұрады. Ондағы электродты процестерге адсорбцияланған газ және оған сәйкес ерітіндідегі ион- дар қатысады. Олардың арасындағы аса маңыздыларының бірі — сутек электроды. Мұндай электрод алу үшін негізінен жұқа борпылдақ платина қабатымен қапталған, платина сымын не пласти-насын күкірт қышқылына батырады. Электродтағы қышқыл арқылы сутек газын жібергенде, электродтың сыртындағы платинаның жұқа борпылдақ қабаты сутеккс қанығып, газды өз бойына адсорбциялайды. Электродта адсорбциялаиған сутек молекулала-рының біраз мөлшері жеке атомдарға ыдырап, ионданады: Н2(адс)=4*2Н-=ь2Н+ + 2е. Бұл процестегі электродтық потенциалдың айырымы сутек ионының активтілігі мен сутек қысымына тә-уелді. Сутек электроды катионмен салыстырғанда қайтымды.

Газды электродтар анионмен салыстырғанда қайтымды бола алады. Оған оттек электроды мысал. Мұнда да сырты жұқа борпылдақ платинамен қапталған платина электроды сілті ерітіндісіне батырылады да, олар арқылы оттек жібереді. Демек, бұл екі электродтың біріншісіндегі қышқыл орнына екіншіде сілті, ал сутек орнына оттек пайдаланылады.

Редокс-электрод немесе тотығу-тотықсыздану электроды деп, электрод құрамына енетін заттардың өзі реакцияға қатыспайтын, бірақ ерітіндідегі тотығу-тотықсыздану реакцияларыида тек электрондарды тасымалдауға ғана қатысатын жарты элементтерді ай-тады. Мәселен, Ғе3+ + е=<=±:Ғе2+ немесе 8п3+ + е~=<=ь$п2+. Мұндай тотығу-тотықсыздану системасына индиферентті электродты ба-тырған кезде пайда болатын потенциалды редокс-потенциалы деп айтады. Ал (119) жалпы қатынас бойынша мұндай элементтегі редокс-потенциалы (Е) температураға, системаның табиғатына (Е°) және тотыққан-тотықсызданған түрдегі активтілік қатынас-тарына тәуелді болады.

Шыны электрод. 1906 жылы М. Кремер арасы өте жұқа шыны арқылы бөлінген, бірақ сутек иондарының концентрациясы әзара тең емес ерітінділер арасында потенциал айырмасының пайда болатынын байқады. Бертін келе бұл құбылысты Ф. Габер және 3. Клименцевыч тиянақты зерттеді. Олардың тәжірибелерінде қалыңдығы миллиметрдің жүзден, мыңнан бір бөлігіндей бола-тын кішкене шыны шарик ішіне белгілі концентрациядағы қышқыл құйып, оны өлшенетін ерітіндіге батырады. Сонан соң екі ерітінді де каломель электродымен жалғастырылады. Осылай құрастырған тізбектің потенциал айырымы аралары өте жұқа шы-нымен бөлінген екі ерітіндінің рН айырмасына пропорционал болады. Мұндай потенциал айырымының рН өзгешелігіне тәуелділік сипаты екі сутек электродынан жинақталған гальваникалык элементтерде де сақталады. Бұл байқаулардан шынының беткі қабаттары потенциал шамасы ерітіндінің рН-ына тәуелді болатыны көрінеді.

 

 

 

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ