Хлорсеребряный электрод - Silver chloride electrode - Wikipedia

Электрод сравнения Ag-AgCl

А хлорсеребряный электрод это тип электрод сравнения, обычно используется в электрохимический измерения. По экологическим причинам он широко заменил насыщенный каломельный электрод. Например, обычно это внутренний электрод сравнения в pH метры и он часто используется в качестве ссылки в потенциал сокращения измерения. В качестве примера последнего можно указать, что электрод из хлорида серебра является наиболее часто используемым электродом сравнения для тестирования. катодная защита коррозия системы управления в морская вода среды.

Электрод функционирует как окислительно-восстановительный электрод а равновесие находится между серебро металл (Ag) и его соль -хлорид серебра (AgCl, также называемый хлоридом серебра (I)).

Соответствующие полуреакции можно представить следующим образом:

${\displaystyle {\ce {Ag+ + e^- <=> Ag(s)}}}$

${\displaystyle {\ce {AgCl(s) + e^- <=> Ag(s) + Cl-}}}$

или можно записать вместе:

${\displaystyle {\ce {AgCl(s) + Ag(s) + e^- <=> Ag(s) + e^- + Cl^- + Ag+}}}$

который можно упростить:

${\displaystyle {\ce {AgCl(s) <=> Ag+ + Cl^-}}}$

Эта реакция характеризуется быстрой кинетикой электрода, а это означает, что достаточно высокая Текущий может проходить через электрод со 100% эффективностью редокс реакция (растворение металлического или катодного отложение ионов серебра). Было доказано, что реакция подчиняется этим уравнениям в растворах со значениями pH от 0 до 13,5.

В Уравнение Нернста ниже показана зависимость потенциала хлоридного электрода серебро-серебро (I) от Мероприятия или эффективный концентрация хлорид-ионов:

${\displaystyle E=E^{0}-{\frac {RT}{F}}\ln a_{{\ce {Cl-}}}}$

Стандартный электродный потенциал E⁰ против стандартный водородный электрод (SHE) составляет 0,230 В ± 10 мВ. Однако потенциал очень чувствителен к следам ионов бромида, которые делают его более отрицательным. (Более точный стандартный потенциал, приведенный в обзорной статье IUPAC, составляет +0,22249 В со стандартным отклонением 0,13 мВ при 25 ° C.^[1])

Приложения

Стандартные электроды сравнения состоят из корпуса электрода из пластмассовой трубки. Электрод представляет собой серебряную проволоку, покрытую тонким слоем хлорида серебра, либо физически, погружая проволоку в расплавленный хлорид серебра, либо химически путем гальваники проволоки в концентрированной соляной кислоте.^[2] или электрохимически путем окисления серебра в растворе хлорида.

Пористая пробка на одном конце обеспечивает контакт между полевой средой и хлоридом серебра. электролит. Изолированный выводной провод соединяет серебряный стержень с измерительными приборами. А вольтметр отрицательный вывод подключается к испытательному проводу.

Корпус электрода содержит хлорид калия для стабилизации концентрации хлорида серебра. При работе в морской воде этот корпус можно снять, а концентрацию хлоридов зафиксировать стойкой соленость воды. Потенциал электрода сравнения серебро: хлорид серебра по отношению к стандартный водородный электрод зависит от состава электролита.

Электродные потенциалы сравнения

Электрод	Потенциал E^0+ Elj	Коэф. Температуры.
	(V ) при 25 ° C	(мВ / ° C) примерно при 25 ° C
ОНА	0.000	0.000 [3]
Ag / AgCl / Sat. KCl	+0.197	-1.01[нужна цитата ]
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[нужна цитата ]
Ag / AgCl / 0,6 моль / кг KCl	+0.25
Ag / AgCl (морская вода)	+0.266

Примечания к таблице: (1) Источник данных таблицы:^[5] кроме случаев, когда дается отдельная ссылка. (2) E_lj - потенциал жидкостного 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, например 1 моль / кг хлорид калия. 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

Таблеточный электрод с датчиком серебра / хлорида серебра для электрокардиографии (ЭКГ)^[6]

Электроды из хлористого серебра также используются во многих приложениях биологических электродных систем, таких как датчики биомониторинга, как часть электрокардиография (ЭКГ) и электроэнцефалография (ЭЭГ), а в чрескожная электрическая стимуляция нервов (ДЕСЯТКИ) для подачи тока. Исторически электроды изготавливались из твердых материалов, таких как серебро, латунь покрытый серебром, банка и никель. В современных приложениях большинство электродов для биомониторинга представляют собой датчики серебра / хлорида серебра, которые изготавливаются путем покрытия тонким слоем серебра. пластиковые подложки а внешний слой серебра превращается в хлорид серебра.^[7]

Принцип работы датчиков серебра / хлорида серебра заключается в преобразовании ионный ток на поверхности тканей человека к электронному току, который должен быть доставлен через подводящий провод к прибору для считывания. Важной частью операции является электролит гель, который наносится между электродом и тканями. Гель содержит бесплатно ионы хлорида так что заряд может переноситься через электролит, поэтому электролит можно рассматривать как проводящий для ионного тока, как ткани человека. Когда существует ионный ток, атомы серебра в электроде окисляются и разряжаются. катионы к электролиту, и электроны переносят заряд через подводящий провод. В то же время ионы хлорида, которые анионы в 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 выводной провод для считывания прибором.^[8][9]

Когда наблюдается неравномерное распределение катионов и анионов, возникает небольшое напряжение, называемое потенциал полуячейки связанный с текущим. В системе постоянного тока, которая используется в приборах ЭКГ и ЭЭГ, разность 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, составляющего примерно 220 мВ, и низкого сопротивление.^[8]

Применение при повышенной температуре

При надлежащей конструкции хлорсеребряный электрод можно использовать при температуре до 300 ° C. Стандартный потенциал (т.е. потенциал при активности хлорида 1 моль / кг) хлорсеребряного электрода является функцией температуры следующим образом:^[10]

Температурная зависимость стандартного потенциала электрода из серебра / хлорида серебра.

Температура	Потенциал E^0
° C	V против ОНА 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] приведите следующие корреляции для стандартного потенциала хлорсеребряного электрода между 0 и 95 ° C в зависимости от температуры (где t - температура в ° C):

${\displaystyle E^{0}(V)=0.23695-\left(4.8564\times 10^{-4}\right)t-\left(3.4205\times 10^{-6}\right)t^{2}-\left(5.869\times 10^{-9}\right)t^{3}}$

Тот же источник также дает соответствие высокотемпературному потенциалу между 25 и 275 ° C, который воспроизводит данные в таблице выше:

${\displaystyle E^{0}(V)=0.23735-\left(5.3783\times 10^{-4}\right)t-\left(2.3728\times 10^{-6}\right)t^{2}}$

Экстраполяция на 300 ° C дает ${\displaystyle E^{0}(V)=-0.138\ \mathrm {V} }$.

Фермер^[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:

${\displaystyle E^{0.1\ {\ce {mol/kg\ KCl}}}(V)=0.23735-\left(5.3783\times 10^{-4}\right)t-\left(2.3728\times 10^{-6}\right)t^{2}+\left(2.2671\times 10^{-4}\right)(t+273)}$

Смотрите также

• 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.

Рекомендации

1. R.G. Бейтс и Дж. Б. МакАскилл, "Стандартный потенциал серебряно-хлоридного электрода серебра", Pure & Applied Chem., Vol. 50, с. 1701–1706, http://www.iupac.org/publications/pac/1978/pdf/5011x1701.pdf
2. Деталь изготовления и настройки микроэлектрода, Денверский университет, http://carbon.cudenver.edu/~bstith/detailelectrode.doc^{[постоянная мертвая ссылка ]} (ссылка устарела)
3. Братч, Стивен Г. (1989), «Стандартные электродные потенциалы и температурные коэффициенты в воде при 298,15 К» (PDF), J. Phys. Chem. Ref. Данные, 18 (1): 1–21, Bibcode:1989JPCRD..18 .... 1B, Дои:10.1063/1.555839
4. Д. Т. Сойер, А. Собковяк, Дж. Л. Робертс, «Электрохимия для химиков», 2-е издание, J. Wiley and Sons Inc., 1995.
5. "Пособие для специалиста по международной гражданской защите NACE"
6. "CARDEX Электроды". CARDEX. Получено 21 августа 2014.
7. Эмма, Сальваторе младший (8 августа 2011 г.). «Краткий обзор сенсорной технологии ЭКГ». Журнал технологий медицинского дизайна. Получено 20 августа 2014.
8. Ли, Стивен; Круз, Джон. «Датчики биопотенциальных электродов в системах ЭКГ / ЭЭГ / ЭМГ» (PDF). Analog Devices, Inc. Получено 21 августа 2014.
9. Диктер, Шерил Л; Киффабер, Пол Д. (20 декабря 2013 г.). Методы ЭЭГ для психологических наук. МУДРЕЦ. С. 14–15. ISBN  9781446296745. Получено 21 августа 2014.
10. Р.С. Грили, J. Phys. Химия, 64, 652, 1960.
11. А.Дж. Бард, Р. Парсон, Дж. Джордан, «Стандартные потенциалы в водном растворе», Marcel Dekker, Inc., 1985.
12. Джозеф Фармер, "Группа экспертов по выявлению деградации упаковки с отходами: данные о коррозии CRM сплава C-22", Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса, отчет UCRL-ID-130064 «Информационный мост: научная и техническая информация Министерства энергетики» - при поддержке OSTI (pdf)

внешняя ссылка

• Международный веб-сайт NACE для профессионалов в области коррозии