الکترود و پتانسیل الکترودی استاندارد

چکیده:

برای پیش بینی امکان انجام واکنش های اکسایش – کاهش میان دوگونه، همواره لازم است که تمایل نسبی این دوگونه به اکسایش یا کاهش معین شود. اما برای مقایسه قدرت کاهندگی فلزها باید با سلول الکتروشیمیایی آشنا شوید. از آنجایی که سلول الکتروشیمیایی دستگاهی شامل دو نیم سلول است. ابتدا به بررسی نیم سلول ها پرداخته و با معرفی پتانسیل الکترودی استاندارد، بحث پیرامون رقابت فلزها برای از دست دادن الکترون را آغاز می کنیم.

نیم سلول یا الکترود:

در فلزها منظور از الکترود، تیغه ی فلزی است که در محلول کاتیون های آب پوشیده ی خود قرار دارد. اگر الکترود استاندارد مورد نظر باشد باید غلظت کاتیون های آب پوشیده یک مولار باشد. به عنوان مثال با قرار دادن تیغه ی روی در محلولی از یون های آب پوشیده ی Zn ²⁺  مانند محلول روی سولفات ، نیم سلول روی یا الکترود روی ساخه می شود.

وقتی نمک روی سولفات به داخل آب ریخته می شود، یون های ( Zn ²⁺ (aq و ( SO^2-₄ (aq تولید می شوند. در محلول اولیه تعداد این یون ها با هم برابر بوده و محلول از لحاظ الکتریکی خنثی است. اما بعد از قرار دادن تیغه ی روی در محلول روی سولفات، تعدادی از اتم های Zn موجود در تیغه، الکترون خود را روی تیغه بر جای می گذارند و به صورتZn ²⁺  وارد محلول می شوند. در نتیجه تیغه ی فلز دارای بار منفی و محلول الکترولیت دارای بار مثبت می شود. زمانی که محلول الکترولیت به اندازه ی کافی دارای بار مثبت شد، دیگر نمی تواند یون Zn ²⁺  جدیدی را بپذیرد، در نتیجه بین تیغه ی روی و محلول الکترولیت تعادل زیر برقرار می شود:

در این تعادل به ازای هر یون Zn ²⁺  که از تیغه ی فلزی وارد محلول می شود یک یون Zn ²⁺  از محلول الکترولیت به تیغه ی فلزی برمی گردد. فرم کلی نیم سلول های استاندارد به صورت مقابل نوشته می شود:

توجه: طبق قرارداد، الکترون باید در سمت چپ تعادل نوشته شود.

رسانای الکترونی:

الکترون ها با حرکت خود در فلزها باعث می شوند که آن ها رسانای خوبی برای جریان برق باشند. به موادی که شارش الکترون در آن ها سبب جریان برق می شود، رسانای الکترونی می گویند. فلزها و گرافیت، رساناهای الکترونی هستند.

رسانای یونی:

اگر در یک ماده جا به جایی یون ها به سمت قطب های مخلف سبب جریان برق شود، آن ماده رسانای یونی است. محلول های الکترولیت و نمک های مذاب از این جمله هستند.

پتانسیل الکترودی استاندارد(E° ):

به اختلاف پتانسیل الکتریکی میان تیغه و محلول الکترولیت، در یک الکترود استاندارد، پتانسیل الکترودی استاندارد (E° ) می گویند.

از آنجایی که راه مستقیمی برای اندازه گیری پتانسیل الکترودی استاندارد وجود ندارد، پتانسیل نسبی با مقایسه پتانسیل هر الکترودی با یک الکترود مرجع به دست می آید. الکترود استاندارد هیدروژن(SHE) به عنوان الکترود مرجع انتخاب شده است که پتانسیل الکترودی آن در هر دمایی صفر در نظر گرفته می شود.

الکترود استاندارد هیدروژن(SHE):

الکترود استاندارد هیدروژن شامل یک الکترود پلاتینی است که در محلول اسیدی با PH=0 (محلولی که غلظت یون

( H⁺ (aq در آن یک مولار است) قرار دارد و گاز هیدروژن با فشار یک اتمسفر از روی آن عبور داده می شود.

نیم واکنش مربوط به SHE به این صورت است:

نکته: تیغه ی پلاتینی نقش جاذب فیزیکی (H₂ (g را دارد. به طور کلی اگر هیچ یک از موارد مربوط به تعادل یک الکترود، در فاز جامد نباشند، از یک فلز بی اثر مانند پلاتین استفاده می شود تا نیم واکنش مورد نظر در سطح آن انجام شود. در اینجا پلاتین می تواند مولکول های (H₂ (g را در سطح خود جذب کند تا این مولکول ها فرصت کافی برای در تماس بودن با محلول الکترولیت را داشته باشند. مولکول های (H₂ (g الکترون های خود را روی صفحه ی پلاتینی بر جای گذاشته و به یون های H⁺ (aq)   به هنگام تبدیل شدن به مولکول های ( H₂ (g، الکترون ها را از سطح صفحه ی پلاتینی پس می گیرند.

نکته: اسیدی که در SHE استفاده می شود باید سه ویژگی داشته باشد:

• قوی باشد.
• یک ظرفیتی باشد.
• یک مولار باشد.

مرکز یادگیری سایت تبیان- تهیه و تنظیم : مهسا شاه حسینی