Электродтар және олардың классификациясы

CuSO
4
| Cu или Cu
2+
| Cu (1) 
Fe
2
(SO
4
)
3
, FeSO
4
| Pt или Fe
3+
, Fe
2+
| Pt (2)
H
2
SO
4
| Cu или 2H
+
| Cu (3) 
Қайтымды және қайтымсыз электродтар [17]. Қайтымды электродтар 
деп электр өрісінің бағыты (ток) өзгерген кезде химиялық табиғаты бірдей 
электродтың жартылай реакциясы қарама-қарсы бағытта жүретін электродтар. 
Қайтымсыз электрод жағдайында электр тогының бағытының өзгеруі онда 
жүретін электрохимиялық процестің химиялық сипатының өзгеруімен қатар 
жүреді. 
Электродтағы қайтымды электрохимиялық процесс келесі түрде 
жазылады: 
Fe
3+
+ e
–
⇌ Fe
2+ 
(4) 
Жалпы, қайтымды электродтағы тотығу-тотықсыздану процесін мына 
теңдеу арқылы көрсетуге болады: 
Ox + ze
–
⇌ Red (5) 
Мұндағы Ox – элементтің тотыққан түрі, ал Red – элементтің 
тотықсызданған түрі. 
Қайтымсыз электродқа электродты мысал келтіруге болады. Ондағы, 
қайтымды мыс электродында тотығу процесі мына теңдеуге сәйкес жүреді:
Сu → Cu
2+
+ 2e
–
(6) 
Электр тогының бағыты өзгерген кезде кері процесс (ерітіндіден мысты 
тотықсыздандыру процесі) жүрмейді, газ тәрізді сутегінің бөлінуі келесі 
теңдеу бойынша жазылады: 
2H
+
+ 2e
–
→ H
2
(7) 

Қайтымсыз электродта ток бағыты өзгерген кезде әртүрлі химиялық 
табиғаттағы электродтық процестер жүреді. Қайтымсыз электродтарда тіпті 
электр тогы болмаған жағдайда да химиялық процестер жүруі мүмкін. 
Электродтық 
потенциалдың шамасы электрод материалының 
табиғатына, олардың ерітіндідегі иондарының концентрациясына және 
температураға байланысты. Сондықтан бұл заттың табиғатын сипаттау және 
оны басқа материалдармен салыстыру үшін олардың потенциалдарын өлшеу 
стандартты (салыстырмалы) жағдайларда – потенциал түзетін иондардың 
бірдей концентрацияларында жүргізіледі. Өлшеулер тепе-теңдікке жеткеннен 
кейін, яғни потенциалдың мәні орнатылған және уақыт бойынша өзгермейтін 
тұрақты жағдайларда жүргізіледі. Осыған сәйкес стандартты электродты 
потенциал стандартты (қалыпты) жағдайлардағы электродтың потенциалы 
болып табылады, яғни иондардың концентрациясы 1 г – экв/л болғанда; ол E
0
белгісімен 
белгіленеді. 
Электродтық 
потенциалдардың 
мәндері 
салыстырмалы электродқа қатысты анықталады, оның потенциалы нөлге тең 
болады.
Термодинамикалық классификацияға сәйкес электродтар келесі негізгі 
түрлерге бөлінеді[18]: 
• 1-ші текті электродтар 
• 2-ші текті электродтар 
• 3-ші текті электродтар 
• газ электродтары 
• тотықсыздандырғыш электродтар және т.б. 
Дегенмен, қазіргі уақытта электродтардың бірыңғай классификациясы
жоқ, ал мұнда келтірілген электродтардың классификациясы жалпы 
қабылданған.
1-ші текті электродтарға әдетте бір металдың (металл емес) иондары бар 
ерітіндіге 
орналастырылған 
металдан 
(металл 
емес) 
тұратын 
электрохимиялық жүйелер жатады. Мұндай электрохимиялық жүйелер 
катионды (анионды) қайтымды электродтар деп аталады. 
Төменде катионға қатысты қайтымды 1-ші текті электродтарға бірнеше 
мысал келтірілген. 
• Мыс электроды: CuSO
4
| Cu или Cu
2+
| Cu
• Күміс электроды: AgNO
3
| Ag или Ag
+
| Ag 
Амальгама электродтары әдетте 1-ші текті электродтар деп аталады.
Амальгама электродтары – бұл металдың иондары бар ерітіндімен жанасатын 
металл амальгамасы (сынаптың осы металмен қорытпасы): M
z +
| M(Hg). 
Мысал ретінде кадмий амальгама электродын келтіруге болады. 
• Кадмий амальгама электроды: Сd
2+
|Cd(Hg) 

 2-ші текті электродтар - бұл металдың аз еритін қосылысының (тұз, 
оксид немесе гидроксид) қабатымен қапталған және аз еритін қосылыстың 
анионымен аттас аниондары бар электролит ерітіндісіне орналастырылған 
металл пластинасы. 
Тәжірибеде эталондық электродтар ретінде келесі 2-ші электродтар 
қолданылады: 
• Каломельді электрод: KCl | Hg
2
Cl
2
| Hg | Pt, E
0
= 0,268 B 
• Хлоркүміс электрод: Cl | AgCl | Ag, E
0
= 0,222 B 
• Сынап-оксидті электрод: OH
–
| HgO | Hg, E
0
= 0,098 B 
KCl ерітіндісі мен зерттелетін ерітінді арасындағы шекарада пайда 
болатын диффузиялық потенциалдың төмен мәніне байланысты каломель 
және күміс хлоридінің эталондық электродтары кеңінен қолданылады. 
Сынап сульфаты электроды зерттелетін ерітіндіде сульфат иондары 
болған кезде эталондық электрод ретінде пайдаланылады. Қышқылдар мен 
сілтілер ерітінділеріндегі потенциалды өлшеу үшін металл-оксидті 
электродтарды қолданған жөн. Зерттелетін ерітіндімен жанасу кезінде 
диффузиялық потенциалды төмендету үшін салыстыру электродтары 
зерттелетін ерітіндінің концентрациясына жақын концентрациясы бар 
электролит ерітінділерімен толтырылады.
3-ші текті электродтар (тотықсыздандырғыш электродтар) электродтық 
реакцияда толығымен ерітіндіде болуымен сипатталады. Электродтардың өзі 
электронды өткізгіштігі бар инертті заттан тұрады және потенциал анықтаушы 
реакцияларға қатыспайды. Оларда қолданылатын инертті металл тек тотығу-
тотықсыздану реакциясына қатысушылармен электрон алмасады және тепе-
теңдік күй орнатылған кезде белгілі бір потенциалға ие болады. Мысалы, 3-ші 
текті электрод «Fe
2+
, Fe
3+
| Pt», құрамында әртүрлі валентті темір иондары бар 
ерітіндідегі платина пластинасынан тұрады (мысалы, FeCl
2
және FeCl
3
ерітіндісі). 
Газ электродтары электролит ерітіндісі арқылы өтетін электрохимиялық 
белсенді газбен және табиғаты электродтағы осы газдың тотығу немесе 
тотықсыздану өнімдеріне сәйкес келетін иондары бар ерітіндінің өзімен бір 
уақытта жанасатын металл өткізгіштен тұрады. Металл өткізгіш (әдетте қара 
платина тұнбасымен қапталған платина сымы – Pt / Pt электрод) инертті 
өткізгіш қызметін атқарады және электродты тотықсыздандыру немесе тотығу 
реакцияларына тікелей қатыспайды (ол химиялық белсенді емес), бірақ тек 
адсорбциялық 
тепе-теңдікті 
орнату 
процесін 
катализдейді. 
Pt/Pt 
электродының бетінде адсорбцияланған газ молекулалары электрод 
процесінің 
тікелей 
қатысушылары 
болып 
табылатын 
атомдарға 
диссоциацияланады. 
Газ электродтары катионға (сутегі электродына) және анионға (хлор, 
оттегі электродтары) қатысты қайтымды болуы мүмкін. 

Төменде газ электродтарының бірнеше мысал келтірілген: 
• Хлорлы электрод: Cl
–
| Cl
2
| Pt 
• Сутекті электрод (қышқылдық орта): H
+
| H
2
| Pt 
• Сутекті электрод (негіздік орта): OH
–
| H
2
| Pt 
Тотығу-тотықсыздану электродтары (немесе тотықсыздандырғыш 
электродтар) бір элементтің тотыққан және тотықсызданған түрі бар ерітіндіге 
батырылған инертті өткізгіш материал (Pt, Ti, C) болып табылатын 
электродтар. Бұл түрдегі электродтардың ерекшелігі электрод металы 
электродтағы 
электрохимиялық 
процесте 
химиялық 
өзгерістерге 
ұшырамайды, тек тотықтырғыш пен тотықсыздандырғыш арасында электрон 
таратқыш қызметін атқарады. 
Тотықсыздандырғыш электродтардың екі тобы бар: потенциалы 
ерітіндідегі сутегі иондарының концентрациясына (немесе ерітіндінің рН) 
тәуелді емес электродтар және потенциалы ерітіндідегі сутегі иондарының 
концентрациясына (немесе ерітіндінің рН) тәуелді электродтар. 
Потенциалы 
ерітіндінің 
рН-ына 
тәуелді 
емес 
тотығу-
тотықсыздандырғыш электродының мысалы: 
• Электрод: Fe
3+
,Fe
2+
| Pt, E
0
= 0,771 B 
Потенциалы рН-қа тәуелді тотықсыздандырғыш электродтардың 
мысалдары: 
• Электрод: MnO
4
2–
, Mn
2+
, H
+
| Pt, Е
0
MnO4, H+ / Mn2+
= 1,51 B 
• Хингидронды электрод. Хингидронды электрод хинон мен оның 
тотықсыздану 
өнімі 
– 
гидрохинонның 
суда 
ерімейтін 
эквимолекулалық қосылысы болып табылатын C
6
H
4
O
2
• C
6
H
4
(OH)
2
қаныққан қышқылды хингидрон ерітіндісіне батырылған Pt 
пластинасынан тұрады. 
Электродтардың арнайы тобына мембраналық немесе ион алмасу 
электродтары жатады, оларда потенциалдың пайда болуы фазалық 
шекарадағы тотығу-тотықсыздану процестерімен байланысты емес.
Мембраналық электрод деп жартылай өткізгіш мембранамен бөлінген әртүрлі 
концентрациядағы екі электролит ерітінділерінен тұратын жүйе. 
Мембраналар – әртүрлі типтегі иондар үшін әртүрлі өткізгіштігімен 
сипатталатын жұқа пластинкалы қалқалар. Жартылай өткізгіш мембраналар 
ретінде ион алмасу электродтарды өндіруде әртүрлі ион алмастырғыш 
материалдар – ион алмастырғыштар (қатты немесе сұйық полимерлер), 
сондай-ақ шынылардың арнайы түрлері қолданылады. Мембрана – ерітінді 
шекарасындағы потенциалды секіру құбылысын алғаш рет XX ғасырдың 
басында Ф.Доннан [19] анықтаған. 
М.Кремер (1906) [20] және Ф.Габер (1910) [21] ерітіндінің рН-ына 
байланысты жұқа шыны қалқамен бөлінген екі ерітіндінің арасында 

потенциалдар айырмасы пайда болатынын анықтады. Бұл шыны электродты 
жасауға мүмкіндік берді (1-сурет) – мембраналық (ион алмастырғыш) 
электродтардың ең танымал өкілі. 
1-сурет. Шыны электрод: 1 – шыны түтік, 2 – хлоркүміс (ішкі) 
электроды, 3 – 0,1 М HCl ерітіндісі, 4 – сыртқы (талданатын) ерітінді, 5 – 
қуыс шыны шарик (мембраналық) 
Шыны электрод – бұл шынының арнайы түрлерінен (Na
+
, K
+
, Li
+
және 
т.б. сілтілі металл иондарының жоғарылауымен) дәнекерленген қуыс жұқа 
қабырғалы (0,01-0,001 мм) шыны шары (мембрана) бар шыны түтік. Шардың 
ішіне белгілі бір концентрациядағы тұз қышқылының ерітіндісі құйылып 
(әдетте 0,1 M HCl), оған хлоркүміс электроды батырылады. 
Ион-селективті 
электродтар (ИСЭ) – потенциалы ерітіндіде 
анықталатын ионның активтілігінің логарифміне сызықтық тәуелді болатын 
датчиктер (сезімтал элементтер, датчиктер) [22]. Шыны электрод ион-
селективті электродтардың маңызды өкілдерінің бірі болып табылады. 
Бұл электродтардың негізгі құрамдас бөлігі иондардың белгілі бір түріне 
өткізетін ионға сезімтал мембрана болып табылады. Бұл мембрананың 
сипаттамалары 
көбінесе 
талданатын 
жүйеде 
берілген 
ионның 
концентрациясын жоғары селективті анықтайды. Жартылай өткізгіш 
мембрана анықталған ионның белгілі бір концентрациясы бар ішкі 
(стандартты) ерітіндіні және талданатын ерітіндіні бөліп, олардың арасындағы 
электролиттік байланысқа мүмкіндік береді. 

Инертті металл электродтары асыл металдардан (Pt, Au, Ir және т.б.) 
жасалады. Олар тотықсызданған түрден тотыққан түрге электронды 
тасымалдаушы ретінде қызмет етеді және олардың потенциалдары тотыққан 
және тотықсызданған жартылай реакция формаларының белсенділік 
қатынасының 
функциясы 
болып 
табылады. 
Бұл 
электродтар 
потенциометриялық титрлеуде қолданылады.

жүктеу/скачать 403,53 Kb.

Достарыңызбен бөлісу: