Электродные потенциалы. Гальванические элементы. ЭДС

Граф структуры

Граф структуры

(22.09.1791 - 25.08.1867)

Директор лаборатории (1825 г.) и профессор Королевского института (1827

Электролиз – окислительно-восстановительный процесс, происходящий на электродах при прохождении постоянного электрического

Анод(+) – положительно заряженный электрод,
на аноде окисляются (теряют электроны) анионы

При электролизе растворов или расплавов различных химических соединений одинаковые количества электричества

Задача
Рассчитать массу хрома полученного электролизом раствора сульфата хрома(III) в течение 100

Решение
Электролиз раствора сульфата хрома(III) можно представить cледующей схемой:
Cr2(SO4)3 + 4H2O→2Cr +

Значение электролиза

1. Получение чистых металлов электролизом

Инертный анод

Восстановление на катоде (–)

Окисление на аноде (+)

Инертный

Электролитическое копирование гравированных пластин
для печатания бумажных денег

2. Гальваническое осаждение

3. Создание химических
источников тока.

а) бытовые батарейки

Коррозия
– совокупность самопроизвольных окислительно -восстановительных процессов под воздействием окружающей

а) химическая – взаимодействие металлов с газами
или жидкостями - неэлектролитами

б) электрохимическая
(распространена в гораздо большей степени!
ее и обсудим!)

Металлы и их сплавы неоднородны, поэтому при контакте с водой

Далее электроны перемещаются на катод ( чаще всего примесный металл), на

Схема атмосферной коррозии

Анод - участок железа под центральной частью капли,

Процесс коррозии резко усиливается из-за наличия микропримесей менее активных, чем

Защита от коррозии

1. Защитное покрытие (лаки, краски, пленки, смазки) – блокируется выход металла

3. Введение ингибиторов коррозии –чаще всего при транспортировке агрессивных жидкостей по

5. Анодное покрытие
( защищаем более активным металлом!!!! )

Zn становится анодом,

6. Разновидность анодной - протекторная защита.
Защиту ведем более активным металлом, но

7. Катодная защита
(Защитная пленка из менее активного металла!!
– с устойчивой

Учет коррозионных свойств при создании
стоматологических материалов

Коррозия протеза из нержавеющей

Параллельно протекает реакция
Fe + 2Н2O - 2е→ Fe(ОН)2 + 2Н+
-

Коррозия при контакте золотого и железного протезов

2Fe + О2 + 4Н+

В 1888-1889 гг. Нернст изучал поведение электролитов при пропускании электрического

Возникновение электродных потенциалов.
Электроды I рода.
Электроды I рода – металл,

б) Медный электрод (I рода)
Cu2+ + 2ē = Cu0 (осажд.)
Cu0 -

в) Водородный электрод ( 1рода, но… используется
и как электрод сравнения, и

Электрохимический элемент
с цинковым и водородным электродами.

Именно по отношению к стандартному

Стандартные электродные потенциалы в водной среде при 198 К.

Пользуясь значениями ео, можно прогнозировать возможность протекания и направление окислительно-восстановительной

Если водородный электрод погружать в растворы с различной активностью ионов

Электроды сравнения - II рода

а) Хлорсеребряный электрод

Металл, на который нанесен

Вывод уравнения потенциала
хлорсеребряного электрода:

1 – серебряная проволока
2 – слой АgCI
3

б) Ртутно-каломельный электрод

1 - ртуть;
2 - медный контакт;
3 -

Альтернативная конструкция ртутно-каломельного электрода

в) Водородный электрод

При аН+=1 (рН=0) также является
электродом сравнения!!!
Потенциал его для

Ионселективные (мембранные) электроды.

1 - хлорсеребряный электрод; 2 - раствор HCI

1. Стеклянный

Если мембрана не является идеально селективной и пропускает также мешающие

Советский физико-химик и радиохимик, академик.
Окончил Ленинградский университет в 1925 году.

С 1925 года работал в ЛГУ, одновременно с 1946 – в

Схемы устройства ионселективных (ИСЭ) электродов:

электрод с твердой мембраной с металлическим

Обладают селективностью к катионам Cu2+, Mg2+, Mn2+, NH4+, анионам NO3–, СО32–,

3. Пленочные ионселективные (ИСЭ) электроды

4. Газовые электроды
Позволяют определять

Созданы на основе иммобилизованных ферментов включенных в мембрану. Потенциал их

Ионофоры ( краун - эфиры )
– комплексоны с

Электрод на основе валиномицина ( краун-эфир) стал одним из наиболее важных

Окислительно-восстановительные электрод
- инертный, благородный металл ( Pt, Au) погружен в раствор,

Возникновение окислительно-восстановительного потенциала.
( зачем нужен платиновый электрод?! )

Поскольку ионы Fe2+

Если в окислительно-восстановительное уравнение входят ионы водорода, то потенциал данной системы

Окислительно-восстановительные потенциалы биологических систем

Особенностью окислительно-восстановительных биологических реакций является участие не только

Так как большинство физиологических жидкостей
имеют значение рН, близкое к 7,

- системы, состоящие из двух или нескольких электродов, в которых

Медно-медный концентрационный гальванический элемент.

Левый электрод- окисление: Сu (тв) -

Расчет ЭДС для концентрационных гальванических элементов

Е= е1 - е2

Ток в

Цинк - цинковый концентрационный электрохимический элемент.

Е= е1 - е2

Медно–цинковый гальванический элемент

- граница раздела тв-ж

- граница раздела ж-ж

2. Биметаллические

Расчет ЭДС в биметаллических гальванических элементах

При разных активностях:

3. Гальванические элементы без переноса
Правила составления:
Справа помещаем электрод

Стеклянно-хлорсеребряный
гальванический элемент

Н+ (раствор) + Na+ (стекло) ↔ Н+ (стекло) + Na+

Расчет ЭДС
для стеклянно-хлорсеребряного гальванического элемента

Поскольку ЭДС линейно зависит от рН раствора, концентрацию ионов водорода (а,

4. Окислительно-восстановительные гальванические элементы-
инертный металл опущен в растворы разных окислительно-восстановительных

Использование ЭДС в потенциометрическом титровании

Потенциометрическое титрование имеет ряд преимуществ перед

Точка эквивалентности находится графически.
Дифференциальная кривая дает более точный результат.

рН – метрическое
- используются стеклянный и хлорсеребряный электроды

2. Окислительно-восстановительное титрование
- используется инертный электрод в паре с электродом сравнения

1. Прогноз совместимости лекарственных препаратов (иодид калия и нитрит натрия, перманганат

Тиосульфат натрия Na2S2O3 – универсальный антидот!!!
а) При отравлении

в) При отравлении галогенами и другими сильными окислителями антитоксическое действие Na2S2O3

5. Расчет потенциалов в схеме дыхательной цепи
В основе процесса дыхания

ФАД – флавинадениндинуклеотид
НАД – никотинамидадениннуклеотид
КоQ – кофермент Q

Значение ионометрии

1. Контроль водно-электролитного баланса и кислотно-щелочного состояния организма и его

2. Определение состава лекарственных препаратов, ферментов, физиологических растворов, продуктов питания, почв,

3. Определение кислотности желудочного сока путем введения в желудок больного

4. Непрерывный контроль кислотности во время хирургических операций.

5. Диагностика ряда кожных заболеваний

6. Измерение ионоселективными электродами активных концентраций Na+, K+, Ca2+ , NH4+,

7. Расчет Кр реакций и ∆G по значениям ЭДС

Оптимальные диапазоны рН
для выращивания :
Картофель - 4.8–5.7
Рожь - 5.0-6.0
Репа - 5.8-6.8
Ячмень