Электрод хлорида серебра представляет собой тип электрода сравнения , обычно используемый в электрохимических измерениях. По экологическим причинам он широко заменил насыщенный каломельный электрод . Например, это обычно внутренний электрод сравнения в pH-метрах, и он часто используется в качестве сравнения при измерениях восстановительного потенциала . В качестве примера последнего можно указать, что электрод из хлорида серебра является наиболее часто используемым электродом сравнения для испытания систем контроля коррозии катодной защиты в морской воде .
Электрод функционирует как окислительно-восстановительный электрод, и равновесие достигается между металлическим серебром (Ag) и его солью - хлоридом серебра (AgCl, также называемым хлоридом серебра (I)).
Соответствующие полуреакции можно представить следующим образом:
или можно записать вместе:
который можно упростить:
Эта реакция характеризуется быстрой кинетикой электрода, что означает, что через электрод можно пропустить достаточно большой ток со 100% эффективностью окислительно-восстановительной реакции ( растворение металла или катодное осаждение ионов серебра). Было доказано, что реакция подчиняется этим уравнениям в растворах со значениями pH от 0 до 13,5.
Уравнение Нернста ниже показывает зависимость потенциала хлоридного электрода серебро-серебро (I) от активности или эффективной концентрации хлорид-ионов:
Стандартный электродный потенциал E 0 относительно стандартного водородного электрода (SHE) составляет 0,230 В ± 10 мВ. Однако потенциал очень чувствителен к следам ионов бромида, которые делают его более отрицательным. (Более точный стандартный потенциал, указанный в обзорной статье IUPAC, составляет +0,22249 В со стандартным отклонением 0,13 мВ при 25 ° C. [1] )
Приложения [ править ]
Стандартные электроды сравнения состоят из корпуса электрода из пластмассовой трубки. Электрод представляет собой серебряную проволоку, покрытую тонким слоем хлорида серебра, физически путем погружения проволоки в расплавленный хлорид серебра, химически путем гальваники проволоки в концентрированной соляной кислоте [2] или электрохимически путем окисления серебра в растворе хлорида .
Пористая пробка на одном конце позволяет контактировать между полевой средой и хлоридсеребряным электролитом . Изолированный выводной провод соединяет серебряный стержень с измерительными приборами. Вольтметр отрицательный провод подключается к тестовому проводу.
Корпус электрода содержит хлорид калия для стабилизации концентрации хлорида серебра. При работе в морской воде это тело можно удалить, а концентрация хлоридов зафиксирована стабильной соленостью воды. Потенциал электрода сравнения серебро: хлорид серебра по сравнению со стандартным водородным электродом зависит от состава электролита.
| Электрод | Потенциал E 0 + E lj | Коэф. Температуры. |
|---|---|---|
| ( V ) при 25 ° C | (мВ / ° C) примерно при 25 ° C | |
| ОНА | 0,000 | 0,000 [3] |
| Ag / AgCl / Нас. KCl | +0,197 | -1.01 [ необходима ссылка ] |
| Ag / AgCl / 3,5 моль / кг KCl [4] | +0,205 | -0,73 |
| Ag / AgCl / 3,0 моль / кг KCl | +0,210 | ? |
| Ag / AgCl / 1,0 моль / кг KCl | +0,235 | +0,25 [ необходима ссылка ] |
| Ag / AgCl / 0,6 моль / кг KCl | +0,25 | |
| Ag / AgCl (морская вода) | +0,266 |
Примечания к таблице: (1) Источник данных таблицы - [5], за исключением случаев, когда дается отдельная ссылка. (2) E lj - потенциал жидкого перехода между данным электролитом и электролитом с активностью хлорида 1 моль / кг.
Электрод имеет множество характеристик, делающих его пригодным для использования в полевых условиях:
- Простая конструкция
- Недорого в производстве
- Стабильный потенциал
- Нетоксичные компоненты
Обычно они производятся с использованием насыщенного электролита хлорида калия, но могут использоваться и с более низкими концентрациями, такими как хлорид калия 1 моль / кг . Как отмечалось выше, изменение концентрации электролита изменяет потенциал электрода. Хлорид серебра слабо растворим в крепких растворах хлорида калия, поэтому иногда рекомендуется насыщать хлорид калия хлоридом серебра, чтобы не удалить хлорид серебра с серебряной проволоки.
Биологические электродные системы [ править ]
Электроды из хлорида серебра также используются во многих приложениях биологических электродных систем, таких как датчики биомониторинга, как часть электрокардиографии (ЭКГ) и электроэнцефалографии (ЭЭГ), а также при чрескожной электрической стимуляции нервов (TENS) для подачи тока. Исторически электроды изготавливались из твердых материалов, таких как серебро, латунь, покрытая серебром, оловом и никелем . В современных приложениях большинство электродов для биомониторинга представляют собой датчики серебра / хлорида серебра, которые изготавливаются путем нанесения тонкого слоя серебра на пластиковые подложки, а внешний слой серебра превращается в хлорид серебра. [7]
Принцип работы датчиков серебра / хлорида серебра заключается в преобразовании ионного тока на поверхности тканей человека в электронный ток, который подается через подводящий провод к прибору для считывания. Важной частью операции является гель- электролит, который наносится между электродом и тканями. Гель содержит свободные ионы хлора , так что заряд может переноситься через электролит, поэтому электролит можно рассматривать как проводящий ионный ток, как и ткани человека. Когда существует ионный ток, атомы серебра в электроде окисляются и разряжают катионы в электролит, а электроны переносят заряд через подводящий провод. В то же время ионы хлорида, которые являются анионамив электролите перемещаются к электроду, и они уменьшаются, поскольку они связываются с серебром электрода, в результате чего хлорид серебра и свободные электроны доставляются к подводящему проводу. Реакция позволяет току проходить от электролита к электроду, а ток электронов проходит через подводящий провод для считывания прибором. [8] [9]
Когда есть неравномерное распределение катионов и анионов, будет небольшое напряжение, называемое потенциалом полуячейки, связанное с током. В системе постоянного тока, которая используется в приборах ЭКГ и ЭЭГ, разница между потенциалом полуячейки и нулевым потенциалом отображается как смещение постоянного тока, что является нежелательной характеристикой. Серебро / хлорид серебра - популярный выбор биологических электродов из-за его низкого потенциала полуэлемента около 220 мВ и низкого импеданса . [8]
Применение при повышенной температуре [ править ]
При правильной конструкции хлорсеребряный электрод можно использовать при температуре до 300 ° C. Стандартный потенциал (т.е. потенциал, когда активность хлорида составляет 1 моль / кг) хлорсеребряного электрода является функцией температуры следующим образом: [10]
| Температура | Потенциал E 0 |
|---|---|
| ° C | V против SHE при той же температуре |
| 25 | 0,22233 |
| 60 | 0,1968 |
| 125 | 0,1330 |
| 150 | 0,1032 |
| 175 | 0,0708 |
| 200 | 0,0348 |
| 225 | -0,0051 |
| 250 | -0,054 |
| 275 | -0,090 |
Bard et al. [11] дают следующие корреляции для стандартного потенциала хлорсеребряного электрода между 0 и 95 ° C как функции температуры (где t - температура в ° C):
Тот же источник также дает соответствие высокотемпературному потенциалу между 25 и 275 ° C, который воспроизводит данные в таблице выше:
Экстраполяция на 300 ° C дает .
Фармер [12] дает следующую поправку на потенциал хлорсеребряного электрода с 0,1 моль / кг раствора KCl между 25 и 275 ° C с учетом активности Cl - при повышенной температуре:
См. Также [ править ]
- Электрод сравнения
- Насыщенный каломельный электрод
- Стандартный водородный электрод
- Медно-медный (II) сульфатный электрод
- Катодная защита
- Электромиография (особенно электроды, используемые для поверхностной ЭМГ)
Для использования в почве они обычно производятся с насыщенным электролитом хлористого калия, но могут использоваться и с более низкими концентрациями, такими как 1 М хлорид калия. В морскую воду или хлорированную питьевую воду они обычно погружаются напрямую без отдельного электролита. Как отмечалось выше, изменение концентрации электролита изменяет потенциал электрода. Хлорид серебра плохо растворяется в крепких растворах хлорида калия, поэтому иногда рекомендуется насыщать хлорид калия хлоридом серебра.
Ссылки [ править ]
- ^ RG Bates и JB MacAskill, "Стандартный потенциал электрода серебра-хлорида серебра", Pure & Applied Chem. , Vol. 50, pp. 1701–1706, http://www.iupac.org/publications/pac/1978/pdf/5011x1701.pdf
- ^ Подробная информация о создании и настройке микроэлектрода, Университет Денвера, http://carbon.cudenver.edu/~bstith/detailelectrode.doc [ постоянная мертвая ссылка ] (ссылка устарела)
- ^ Bratsch, Стивен Г. (1989), "Стандартные электродные потенциалы и температурные коэффициенты в воде при 298,15 K" (PDF) , J. Phys. Chem. Ref. Данные , 18 (1): 1-21, Bibcode : 1989JPCRD..18 .... 1B , DOI : 10,1063 / 1,555839
- ^ DT Sawyer, A. Sobkowiak, JL Roberts, «Электрохимия для химиков», 2-е издание, J. Wiley and Sons Inc., 1995.
- ^ "Руководство для специалиста по международной ГЗ NACE"
- ^ "Электроды CARDEX" . CARDEX . Проверено 21 августа 2014 .
- ↑ Эмма, Сальваторе младший (8 августа 2011 г.). «Краткий обзор сенсорной технологии ЭКГ» . Журнал "Технологии медицинского дизайна" . Проверено 20 августа 2014 года .
- ^ а б Ли, Стивен; Круз, Джон. «Датчики биопотенциальных электродов в системах ЭКГ / ЭЭГ / ЭМГ» (PDF) . Analog Devices, Inc . Проверено 21 августа 2014 . Cite journal requires
|journal=(help) - ^ Диктер, Шерил L; Киффабер, Пол Д. (20 декабря 2013 г.). Методы ЭЭГ для психологических наук . МУДРЕЦ. С. 14–15. ISBN 9781446296745. Проверено 21 августа 2014 .
- ^ Р.С. Грили, J. Phys. Химия, 64, 652, 1960.
- ↑ AJ Bard, R. Parson, J. Jordan, «Стандартные потенциалы в водном растворе», Marcel Dekker, Inc., 1985.
- ^ Джозеф Фармер, «Группа экспертов по выявлению деградации упаковки с отходами: данные о коррозии сплава CRM C-22», Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса, отчет UCRL-ID-130064 «Информационный мост: научная и техническая информация Министерства энергетики» - спонсируется OSTI ( pdf)
Внешние ссылки [ править ]
- Международный веб-сайт NACE для профессионалов в области коррозии
