Водневий електрод: визначення, пристрій, формула і особливості

У наведеній нижче статті ми визначимо значення поняття «водневий електрод». Не всі знають, що це таке. Тут буде розкрито його загальне значення. Також ми приділимо увагу реакцій окислення і відновлення, які пов’язані з видом експлуатації подібного предмета, і окремо поговоримо про запчастини, які його утворюють.

Введення

Стандартним водневим електродом називають електроди порівняння. Їх використовують в ході вимірювань електрохімічної природи. Також вони знаходять своє застосування у складі гальванічних елементів. Водневий електрод (ВЕ) – це металева пластинка або дріт, яка добре поглинає водень в газоподібному вигляді. Сама пластина занурюється у водні розчини, насичені киснем і містять у собі його іони.

Цей елемент володіє потенціалом, який обумовлюється концентрацією іонів H+ у товщі розчину. Електрод використовують як еталон, за яким визначають потенціал досліджуваних хімічних реакцій. Якщо тиск водню дорівнює одній одиниці атм., а концентрація протонів відповідає співвідношенню 1 моль/л, то потенціал ВЕ вважають рівним нулю. Якщо використовувати в якості поверхні для певної реакції платину, а також ВЕ і визначається електрод, то можна спостерігати цікаву реакцію, в ході якої утворюється стабільний атом водню:

2H++2e-=H2.

Іншими словами, відбувається відновлення або окислення атомів H. Тип реакції обумовлюється потенціал водневого електрода, на якому протікає реакція.

Проводячи вимірювання ЕРС гальванічних засобів з використанням стандартних умов (розчин, про який ми говорили вище), завжди використовують поняття стандартного потенціалу електрода. Він визначається типом хімічної реакції.

Окислення і відновлення

Говорячи про водневих електродах, ми згадали поняття реакції окислення і відновлення, які можуть відбуватися з атомами водню при використанні відповідних електродів.

Відновленням в хімії називають явище, в ході якого:

  • Атомарна, іонна частка або молекула приймає (кожна) з одного і більше електронів.
  • Спостерігається зниження ступеня окислення певних атомів у певній частці.
  • Речовини органічної природи втрачають кисневі атоми та/або набувають водневі.
Дивіться також:  Що таке СНІЛС і як він виглядає?

Раніше відновленням вважалося тільки третє визначення (з середини ХІХ століття), в той час як перше і друге почали застосовуватися лише у 20-х роках минулого століття. На сьогоднішній день вважається, що друге визначення можна вважати спільним для всіх відновлювальних процесів у хімії. За допомогою третього виду опису, найчастіше виділяють і розпізнають реакції окисно-відновного характеру.

Розглянемо детальніше. Під окисленням мають на увазі процес, який супроводжується поступовим збільшенням атомної ступеня окислення певної речовини. Це відбувається за допомогою «транспортування» електронів від атома-донора, що відповідає за віддачу e-, до акцепторної атому, який буде приймати e-.

Введення терміна в науковий і повсякденний обіг мовних одиниць зобов’язана академіку В. М. Севергину. Це нововведення було скоєно на рубежі між XVII і XIX століттям. Вчений позначав цим терміном процеси взаємодії кисню (який міститься в повітрі) з іншими речовинами. Іноді реакції окислення можуть призводити до утворення нестабільних частинок та їх подальшого розпаду на більш дрібні складові компоненти реакції.

Застосування

Водневі електроди найчастіше використовують для проведення робіт з вимірювання стандартного потенціалу електрохімічного характеру. Також застосовують з метою визначення рівня концентрації іонів водню і будь-яких інших видів іонів. Ще з використанням ВЕ проводять дослідження, які допомагають дізнатися добуток розчинності по відношенню до конкретизированному константу швидкості в ході деяких електрохімічних реакцій.

Найважливішими вимогами до електрода порівняння вважаються:

  • Здатність працювати в температурних інтервалах.
  • Стабільність робочого процесу.
  • Здатність відтворювати результат реакції і дослідження.
  • Сумісність з досліджуваним розплавом.
  • Відсутність стаціонарного потенціалу.

Механізм пристрою

Пристрій стандартних водневих електродів включає в себе:

  • Електрод з платини – елемент системи, який має здатність виключати забруднення розчину стороннім поруч іонів в ході протікання електролізу. Подібні деталі не мають чистими ділянками поверхні (за винятком порівняно вузькі райони потенціалів). Область реагування речовин називають двойнослойной. Вона характеризується тим, що тут стикаються тільки метал, іони і розчинник. Причому останній перебуває в особливому стані. В залежності від значення потенціалу, метал може покриватися воднем абсорбувати вигляді (низьке значення) або оксидами (високе значення).
  • Електролітичний місток – засіб для сполучення двох половин гальванічної структури механізму.
  • Підводиться речовина газоподібного водню.
  • Розчини кислоти (частіше HCl) з концентрацією катіонів водню H+=1 моль/літр.
  • Перешкоджає проникненню молекул кисню (повітря) затвор.
Дивіться також:  Що таке індекс маси тіла і як він визначається?

Потенціал

Обчислити потенціал водневого електрода щодо застосування до окремого електроду є неможливим. Однак подібне твердження справедливе тільки для експериментальних шляхів.

Потенціометричні кошти, які відіграють важливу роль у питанні про потенціал електрода, ґрунтуються на визначенні електрорушійної сили (ЕРС):

E=E1–E2;

Де E – це обумовлене ЕРС, а E1 і Е2 виступають в ролі потенціалу електродів ланцюга, яку досліджують.

Як вирахувати? Потенціал водневого електрода дорівнює числу, яке можна визначати за допомогою рівняння Нернста:

E=E0+RT/Nf in aox /анг. ared=E0+RT/nF in[ox]yox/[red]yred

Де:

  • E0 – стандартне значення потенціалу редокс-системи;
  • R – постійна газу, рівна 8.312 Дж/(моль);
  • T – значення абсолютної температури;
  • F – постійна Фарадея (96485Кл/моль);
  • n – кількість електронів, які є учасниками реакції;
  • aox і анг. ared– показники активності різних форм редокс-системи (відповідно окислення і відновлення);
  • [ox] і [red] – молярна концентрація речовин, що відповідають за явище окислення або відновлення;
  • Гамма [ox] і [red] – величина коефіцієнта активності.

Історичні дані

ВЕ характеризується складністю процесу експлуатації. Однак став відомим і почав застосовуватися досить давно.

ВЕ були власної конструкцією С. П. Л. Серенсена. Він використав їх у якості центрального інструмента для своїх досліджень, які дозволили з’явитися сучасної теорії pH-матерії.

Дж. Ф. Макклендон використовував ВЕ в ряді перших досвідів по дослідженню pH-метрії всередині шлунка. Як це відбувалося? Вчений використовував електрод порівняння, в який містився водневий електрод. Останній вводився разом з pH-зондом всередину шлунка людини.