<<
>>

4.5.1. Введение в электрохимические методы анализа

В основе электрохимических методов анализа лежит взаимное превращение электрической и химической форм энергии [9]. Это превращение происходит в электрохимических системах, состоящих из:

▫ вещества, обладающего ионной проводимостью и называемого электролитом (проводники второго рода);

▫ вещества, обладающего электронной проводимостью и находящегося в контакте с электролитом (проводники первого рода).

На границе раздела двух фаз протекает электрохимическая реакция. Проводники первого рода называют электродами;

▫ проводников, обеспечивающих прохождение тока между электродами и называемых внешней цепью.

По направлению процесса превращения электрической и химической энергий различают две группы электрохимических систем. При электролизе за счет внешней электрической энергии в системе возникают химические превращения. В химическом источнике электрического тока - гальваническом элементе - энергия химического процесса переходит в электрическую.

В электрохимии реакции восстановления принято называть катодными, а окисления - анодными. Электроды в соответствии с этими реакциями называют катодом или анодом. Соотношение между участвующим в электрохимической реакции количеством электричества и массами m прореагировавших веществ выражают законом Фарадея:

m = M . I . t / (z . F), (25)

где M -молярная масса вещества; I - сила тока; t - время процесса; z - число электронов заряженных частиц, участвующих в электрохимической реакции; F=26,8 А.ч/моль-экв. - постоянная Фарадея.

Электрическая проводимость L электролита описывается выражением

L = ρ0. [1+a(T-T0)] . C . S / l, См, (26)

где ρ0, См . м2 / моль - молярная электрическая проводимость растворенного вещества при температуре T0, которая уменьшается с ростом концентрации С, моль/м3; a - температурный коэффициент электрической проводимости (для сильных кислот 0,016, для солей 0,022); T, К -температура раствора электролита; S, м2 - площадь сечения раствора между электродами; l, м - расстояние между электродами.

Проводимость растворов электролитов возрастает при увеличении концентрации растворенного вещества от 0 до нескольких моль/л. При дальнейшем увеличении концентрации проводимость раствора уменьшается. Зависимость электрического сопротивления раствора от малых концентраций растворенных веществ хорошо описывается выражением 25 и она практически линейна.

В результате электрохимической реакции между электролитом и погруженным в него электродом возникает электродвижущая сила (ЭДС). Она называется электродным потенциалом. Потенциал Е между двумя погруженными в электролит электродами описывается уравнением Нернста:

E = E0 + R . T . z - 1 . F - 1 . ln (aox / ared), (27)

где E0, В - стандартный потенциал окислительно-восстановительной пары электродов; R = 8,31 Дж . моль-1. К-1 - универсальная газовая постоянная; aox и ared - активности соответственно окисленной и восстановленной форм вещества электролита и электрода, пропорциональные их концентрации.

Стандартный потенциал для электродов из различных материалов принято определять относительно водородного электрода. Водородный электрод схематично изображен на рис. 50. Он представляет собой платиновую пластинку, погруженную в раствор, через который пропускают водород. Основным достоинством водородного электрода является независимость его потенциала от изменений состава окружающего раствора. Для различных металлов в водной среде стандартные электродные потенциалы имеют значения, которые представлены в таблице 6.

Таблица 6

Металл Li- Na- Al- Fe- Ni- Pb- H2,Pt- Cu- Ag- Co-
Стандартный электродный потенциал, В -3,045 -2,714 -1,662 -0,440 -0,250 -0,126 0,000 +0,337 +0,799 +1,808

В основе электрохимических методов анализа лежат процессы, протекающие на погруженных в жидкость электродах или в межэлектродном пространстве.

Жидкость с погруженными в нее электродами называют электрохимической ячейкой. В зависимости от измеряемого параметра выделяют следующие методы анализа:

1. Потенциометрия, предполагающая измерение напряжения на электроде при нулевом токе.

2. Вольтамперометрия при которой измеряется зависимость тока в ячейке от величины приложенного к электродам напряжения.

3. Кулонометрия, которая основана на определении количества прошедшего через электрохимическую ячейку электричества.

4. Кондуктометрия, предполагающая измерение удельной электрической проводимости раствора.

5. Электрогравиметрия, связанная с измерением массы осажденного на электроде вещества.

Рассмотрим более подробно перечисленные методы анализа состава жидких растворов и их приборную реализацию.

<< | >>
Источник: М.Э. Гусельников, Ю.В. Бородин. МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ КОНТРОЛЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ Учебное пособие. 2008

Еще по теме 4.5.1. Введение в электрохимические методы анализа:

  1. 8.2.2 Химические методы анализа
  2. Общая структура исследований психологической антропологии. Теоретические ориентации и методы анализа
  3. Глава III МОДЕЛИРОВАНИЕ КАК МЕТОД АНАЛИЗА МЕЖДУНАРОДНЫХ КОНФЛИКТОВ
  4. 4.3.4. Математические методы анализа международных конфликтов
  5. Электрохимические методы ? коррозионных испытаний
  6. Электрохимические методы очистки
  7. Метод анализа кейсов
  8. Метод анализа критических инцидентов
  9. Глава V. Раздел 5. Электрохимические методы в нанотехнологии.
  10. 4.2 Методы анализа
  11. 4.1. Классификация методов анализа состава веществ