ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Электрохимические ячейки и электроды из "Практикум по электрохимии" Любая установка для проведения электрохимических измерений сй-стоит, по крайней мере, из двух частей электрохимической ячейки и измерительной аппаратуры. Электрохимическая ячейка — специальный сосуд или совокупность сосудов, которые содержат исследуемую электрохимическую систему и позволяют осуществить комплекс операций, необходимый для ее изучения. Постановка электрохимического эксперимента начинается с тщательного продумывания конструкции электрохимической ячейки. [c.5] Общие требования к электрохимическим ячейкам. Разработано и применяется на практике несколько типов электрохимических ячеек. Их разнообразие определяется характером решаемых задач, свойствами исследуемых систем и возможностями измерительных методов. Несмотря на это, можно сформулировать целый ряд общих требований к электрохимическим ячейкам. [c.5] Первое и одно из основных требований состоит в том, что электрохимическая ячейка должна обеспечивать возможность проведения измерений в экстремально чистых условиях. Это требование накладывает ограничения прежде всего на число материалов, из которых может быть изготовлена электрохимическая ячейка. Для измерений в водных растворах электролитов чаще всего используют стеклянные ячейки. Однако следует иметь в виду, что различные сорта стекла обладают неодинакоцой химической устойчивостью и компоненты стекла, переходя в растворы, могут служить источником загрязнения изучаемой системы, например поливалентными катионами и силикат-анионами. [c.5] Некоторое представление об устойчивости различных сортов стекла дает табл. 1.1. Обычно с повышением содержания в стекле оксидов щелочных металлов химическая стойкость понижается, а введение оксидов бария, кальция, свинца, магния, цинка повышает химическую стойкость стекла. [c.6] Следует отметить, что важны не только количественные характеристики устойчивости, приведенные в этой таблице, но и природа тех компонентов, которые переходят в раствор. [c.6] В ряде случаев влияние загрязнения раствора продуктами растворения стекла на протекание электродных процессов было зафиксировано экспериментально. На рис. 1.1 воспроизведены полярографические кривые, полученные при электровосстановлении анионов феррицианида в растворах, которые находились в контакте с порошками стекол различных марок. Процесс электровосстановления этого иона в разбавленных растворах чрезвычайно чувствителен к небольшим концентрациям поливалентных катионов, что позволяет использовать данную реакцию для контроля степени загрязнения растворов при контакте со стеклом. Видно, что наибольшее искажение результатов получено после контакта с порошком так называемого молибденового стекла, которое легко плавится, а потому часто применяется для изготовления электрохимических ячеек. Наглядный пример влияния материала ячейки на результаты измерений — реакция разложения амальгам щелочных металлов. В стеклянных ячейках получить правильные и воспроизводимые результаты не удается, так как продукты растворения стекла катализируют процесс разложения амальгам. Поэтому при изучении данного процесса были использованы электрохимические ячейки из полистирола. [c.6] Кроме стекла для изготовления электрохимических ячеек часто используют политетрафторэтилен, или тефлон. Неудобство при работе с ячейками из тефлона связано с его непрозрачностью, а также со сравнительно легкой деформируемостью. Тефлон не является полностью химически инертным и может вступать во взаимодействие, например, с концентрированными амальгамами щелочных металлов. [c.7] Описанная конструкция является простейшей трехэлектродной ячейкой и часто усложняется в зависимости от характера решаемой задачи. Так, для обеспечения более равномерной поляризации исследуемого электрода могут быть использованы два вспомогательных электрода, один — расположенный справа от рабочего, как и на рис. 1.4, а другой — слева от него, также отделенный краном. Если исследуемый электрод является стационарным жидким электродом, то его располагают внизу ячейки и создают специальную систему для заполнения ячейки исследуемым металлом и для его замены. Иногда стационарный жидкий электрод имеет форму висящей капли. [c.10] Часто при проведении измерений требуется дополнительная очистка исследуемого раствора предэлектролизом. Такую очистку проводят либо непосредственно в рабочей части ячейки, вводя в нее дополнительный электрод для очистки, либо в отдельном сосуде с соответствующими электродами для предэлектролиза, который непосредственно связан с сосудом рабочего электрода (см. рис. 1.3). [c.10] Некоторые специальные электрохимические ячейки. Описанная трехэлектродная ячейка является базовой конструкцией для проведения электрохимических исследований, усложняемой в зависимости от решаемой задачи. [c.10] Рассмотрим конструкции некоторых специальных электрохимических Ячеек, которые позволяют составить представление о технике электрохимического эксперимента и могут оказаться полезными при постановке оригинальных исследований. [c.11] Если при протекании электродного процесса иа электроде образуют- ся газообразные продукты, то возникает необходимость анализа выделяющегося газа. Эту операцию проводят в ячейках специальной конструкции, в которых исследуемый электрод находится под колпаком, снабженным системой для сбора газа и отбора пробы. Более совершенная система, хотя н не всегда применимая, включает особую конструкцию для отбора газа. Исследуемый электрод наносят на те лоно-вую пористую мембрану, через которую газообразные продукты могут отсасываться е камеру спектрометра или другого анализатора. [c.13] Разработаны специальные электрохимические ячейки, которые помешают в камеру ЭПР-спектрометра для непосредственной регистрации анион- или катнон-радйкалов, возникающих в ходе электродного процесса. [c.13] Отдельную группу составляют ячейки для электрохимических измерений с использованием изотопов. Методики изучения адсорбции на электродах с помощью меченых атомов основаны на измерении изменения концентрации меченого адсорбата в растворе, на определении радиоактивности адсорбированного вещества после вынесения электрода из раствора или на определении радиоактивности адсорбированного вещества на электроде, находящемся в растворе. Примеры соответствующих ячеек представлены на рис. 1.9. С помощью изотопных методов можно изучать и различные электрохимические процессы. При исследовании процессов растворения металлов или сплавов в испытуемый образец вводят радиоизотопы и о скорости растворения образца судят по скорости перехода в раствор изотопа по увеличению его содержания в растворе и по уменьшению — в электроде. [c.13] Ряд специфических особенностей имеют конструкции ячеек для проведения исследований в Тонких слоях электролитов, так называемые тонкослойные электрохимические ячейки. На рис. 1.10 воспроизведена центральная часть одной из тонкослойных ячеек. В этой конструкции рабочий электрод отделен от вспомогательного и электрода сравнения тонким капилляром. Существуют конструкции с регулируемым по толщине слоем электролита, контактирующего с рабочим электродом. [c.13] При необходимости проведения измерений при разных температурах электрохимические ячейки снабжаются термостатирующими рубашками, через которые пропускают термостатирующую жидкость. В отдельных случаях ячейка полностью опускается в термостат. Разработаны конструкции для работы как при высоких, так н при низких температурах, близких к температурам замерзания электролитов. [c.13] Для работ при повышенных давлениях вся электрохимическая ячейка помещается в барокамеру. [c.13] Краткий обзор важнейших типов электрохимических ячеек по-зво тяет говорить о своеобразной электрохимической архитектуре , которая является неотъемлемым элементом электрохимического эксперимента. [c.14] Жидкие электроды имеют идеально гладкую поверхность, истинная площадь которой совпадает с ее геометрической величиной. Еще более важными свойствами жидкой поверхности являются ее энергетическая однородность и изотропность характеристик по различным направлениям. Вместе с тем при работе с амальгамами (или галламами) либо другими сплавами необходимо учитывать, что хотя распределение компонентов сплава в поверхностном слое является равномерным, состав поверхности может отличаться от состава объемной фазы, причем соотношение компонентов зависит от потенциала. [c.15] Вернуться к основной статье