ELEKTRODE

1. ELEKTRODE Pripremio: Varga Ištvan HEMIJSKO-PREHRAMBENA SREDNJA ŠKOLA ČOKA varga.i@neobee.net

2. Elektrodemogubiti: reverzibilnei ireverzibilne. • Reverzibilneelektrodesu one nakojima se elektrohemijskareakcijaodigravareverzibilno (povratno). Kodtakvihelektrodapotencijalje ravnotežnipotencijal, uvekjednakvrednostikoja se dobijapoNernstovojjednačini. Reverzibilneelektrode se mogupodeliti u četirigrupe: elektrodeprve, druge, trećeičetvrtevrste. • Kodireverzibilnihelektrodapotencijalodstupaodravnotežnog, a elektrohemijskareakcijanijepovratna, već se odigrava u jednomsmeru.

3. Elektrodeprvevrste • Ovojgrupipripadajuelektrodekoječini: metal u rastvorusakorenspodentnimjonaima, amalgamskeelektrode i gasneelektrode.

4. Metal u rastvorusakorenspodentnimjonaima • Elektrodi M/Mz+, odgovara ektrodnareakcija: Mz+ + ze-  M Potencijalelektrode, datje jednačinom:

5. Primer : Pločica bakra uronjena u rastvor neke soli bakra tako da se na granici metal/rastvor uspostavlja sledeća ravnoteža: Cu  Cu2+ + 2e- Potencijal ove elektrode:

6. Ako se uzme da su aktivnosti čistih komponenata jednake jedinici (aCu2+ =1) , za potencijal elektrode dobijamo:

7. Gasneelektrode • Kodovihelektrodauvode se mehurićigasa u rastvorjona tog gasa u koji je uronjenapločicaodinertnogmetala, npr. platine.

8. Vodonična elektroda Kodoveelektrodeplatina je uronjena u rastvorvodoničnihjonakoji je zasićenivodonikom u gasnomstanju Platinadelujekaoadsorbensmolekulavodonikaikatalizatornjihovedisocijacijenaatome, takoda se nanjojuspostavljasledećaravnoteža: H2 2H

9. S drugestraneuspostavlja se ravnotežaizmeđuatomskogvodonikaijona H+ u rastvoru: 2H  2H+ + 2e- ukupnareakcijanagranicifaza: H2 2H+ + 2e- Kako se razmenaelektronaizmeđujonaiatomavodonikavršiprekoplatine, potencijalkojiplatinaima je elektrodnipotencijalvodoničneelektrode:

10. gde je aktivnostvodoničnihjona u rastvoru (određenakoncentracijomrastvora), a aktivnostgasovitogvodonikajednakapritiskugasovitogvodonika (u slučajukad se ponašakaoidealan gas, tj. primalimpritiscima). Tada jednačinaimaoblik:

11. Pristandardnimuslovima: (25oC = 298K, P = 101325 Pa = 1 atm) dolazi do jednačine: odaklesledidapotencijalvodoničneelektrodezavisisamoodaktivnostivodoničnihjona u rastvoru.

12. Zastandardnipotencijalvodoničneelektrodekonvencijomje uzetavrednost 0,000 V nasvimtemperaturamatakoda se dobijada je potencijalvodoničneelektrodena25C:

13. Elektrodedruge vrste • U ovu grupu svrstavaju se elektrode koje čine metali u zasićenom rastvoru njihove teško rastvorne soli u elektrolitu koji ima isti anjon kao teško rastvorna so, a drugi katjon. • Kao primer mogu da posluže: srebro/srebrohloridna elektroda, sulfatna i kalomelska elektroda.

14. Ove tri elektrode se zovu i referentne ili standardne elektrode jer se mogu napraviti tako da njihov potencijal ima stalnu vrednost na datoj temperaturi. • Zato se koriste u praksi da se u odnosu na njihov potencijal upoređuju potencijali drugih elektroda, s obzirom da je teži rad sa standardnom vodoničnom elektrodom zbog njene složene konstrukcije.

15. Srebro/srebrohloridna elektroda AgAgCl (čvrst), Cl – • Sastoji se od srebrne žice ili folije na koju je nanešen sloj srebrohlorida uronjena je u rastvor hlorovodonične kiseline zasićen srebrohloridom. • Potencijal elektrode potiče od elektrodne reakcije: Ag Ag+ + e-

16. Potencijal zavisi od aktivnosti hloridnih jona u rastvoru. Standardni potencijal srebro/ srebrohloridne elektrode na 25oC ima vrednost 0,2224 V.

17. Kalomelska elektroda Kod ove elektrode u rastvor KCl uronjena je staklena cevčica ispunjena kapljicom žive, slojem teško rastvornog jedinjenja, merkurohlorida, Hg2Cl2(kalomela) i staklenom vatom, kroz koju prolazi žica od platine za kontakt sa živom.

18. Elektrohemijska reakcija se odigrava između metalne žive kao redukovanog oblika i merkuro jona (Hg22+) kao oksidovanog oblika: 2Hg Hg22+ +2e- S obzirom da je rastvorljivost kalomela mala, praktično svi joni potiču iz rastvora KCl, pa je potencijal kalomelske elektrode ustvari određen koncentracijom KCl.

20. Oksidoredukcione ili redoks elektrode • Za njih je karakteristično da su i oksidovani i redukovani oblik u rastvoru u koji je uronjen inertni metal (pločica platine ili zlata). • Inertni metal služi kao prenosilac elektrona. • Na primer: kada se Ptzaroni u rastvorhinhidronakojisadrži H+ jone. (Hinhidron je ekvimolekulska smeša hinona i hidrohinona).

21. Između hinona i hidrohinona u prisustvu H+ jona, uspostavlja se sledeća ravnoteža: C6H4O2 + 2H+ +2e- C6H4(OH)2 Redukovani oblik Oksidovani oblik

22. Potencijal elektrode je: Hinhidronova elektroda se koristi u kiseloj sredini i u slabo alkalnoj (do pH=8)

23. Staklenaelektroda • Vrstajon-selektivneelektrodečijipotencijalzavisiodaktivnostivodoničnihjonaivrstestakla. • To je staklenacevčicakoja se završavabalončićemnapravljenimodstaklene membrane. Ispunjena je rastvorom 0,1 M hlorovodoničnekiseline u koji je uronjenasrebro/srebrohloridnaelektroda.Izvod je provučenkrozhermetičkizatvorenpoklopactakodakiselina ne isparavainemakontaktasavazduhom.

24. Kada se staklenaelektrodastavi u nekirastvordobija se elektrodačiji je sastav: AgAgCl, 0,1M HCl stakl. membrana rastvor. Potencijal koji zauzima staklena membrana zavisi od odnosa koncentracija (aktivnosti) vodoničnih jona u rastvorima koje razdvaja.

25. Pošto je koncentracija vodoničnih jona sa unutrašnje strane membranekonstantna (0,1M), potencijal zavisi samo od koncentracije vodoničnih jona sa spoljašnje strane membrane i dat je izrazom:

26. Vestonov standardni element • Standardni ili normalni elementi su galvanski elementi tačno poznate elektromotorne sile (EMS.). • Koriste se kao etaloni za merenje nepoznate EMS.

27. Karakteristike standardog elemenata: 1. Da ima stalnu EMS.; 2. Da se lako može napraviti; 3. Sa promenom temperature EMS. se amo neznatno menja; 4. Da je postojan.

28. Standardni element se ne sme upotrebljavati kao izvor struje. Samo se trenutno uključuje u kolo dok se vrši merenje. Cd + Hg22+ Cd2+ + 2 Hg 12,5 % CdHg|3CdSO48H2Ozas |Hg2SO4zas.|Hg + EMS Vestonovog elementa na 25 C iznosi: 1,0181 V.

30. Merenjeelektromotornesile • Elektromotornasilagalvanskogsprega se određujekompenzacionommetodompoPogendorf-Diboa-Rajmondu (Du Bois-Rajmond). • ZakrajeveVitstonovogmostaABvezuje se akumulatorS čijaelektromotornasilatrebadabudevećaodelektromotornesilekoja se određujex. Galvanskispregčija se elektromotornasilaodređujexvezuje se u opozicijusaakumulatorom(istoimenipoloviobaizvoravezuju se u tačkiA, a drugipolgalvanskogspregaprekoprekidačaTigalvanometraGvezuje se zaklizačnamostuC).

31. Kada su izvori struje vezani na ovaj način daju struju suprotnog smera. Pomeranjem klizača pri zatvorenom prekidaču može se naći položaj kada struja ne protiče kroz kolo u kome je vezan galvanski spreg. U tom slučaju napon od A do C (AC = a odsečak na Vitstonovom mostu u mm) jednak je elektromotornoj sili x, koju on kompenzuje. AB-Vitstonov most, C-klizač na mostu, S-akumulator, G-galvanometar, K-prekidač. Zatim se umesto x u kolo na isti način veže standardni Vestonov element. Za standardni spreg se takođe nalazi položaj klizača C’ pri kome ne protiče struja (AC’ = b). Tada važe relacije:

32. x= kais= kb k-konstanta,jednakanaponu u voltimapojednommilimetružicenaVitstonovommostu. Deljenjemovihjednačinairešavanjempoxdobija se da je: • Prema tome:elektrodni potencijal neke elektrode može da se odredi, ako se odredi elektromotorna sila galvanskog sprega koji čine ta elektroda i neka standardna elektroda, čiji je potencijal poznat.