Электрод из хлорида серебра

тип электрода сравнения электрод сравнения Ag-AgCl

A электрод из хлорида серебра относится к типу электрод 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 как эталон при измерениях потенциала восстановления. В качестве примера последнего можно указать, что электрод из хлорида серебра является наиболее часто используемым электродом сравнения для тестирования катодной защиты систем контроля коррозии в морской воде.

Электрод функционирует как окислительно-восстановительный электрод, и равновесие находится между металлом серебра (Ag) и его солью - хлоридом серебра (AgCl, также называемый хлоридом серебра (I)).

Соответствующие полуреакции можно представить следующим образом:

или их можно записать вместе:

который можно упростить:

Эта реакция характеризуется быстрой кинетикой электрода, что означает, что достаточно высокий ток может проходить через электрод 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.

Приведенное ниже уравнение Нернста показывает зависимость потенциала хлоридно-серебряного (I) электрода от активности или эффективной концентрации хлорид-ионов:

$E\; =\; E\; 0\; -\; RTF\; ln\; \; a\; Cl\; -\; \{\backslash \; displaystyle\; E\; =\; E\; ^\; \{0\}\; -\; \{\backslash \; frac\; \{RT\}\; \{F\}\}\; \backslash \; ln\; a\; \_\; \{\{\backslash \; ce\; \{Cl-\; \}\}\}\}$

Стандартный электродный потенциал E 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, приведенный в обзорной статье IUPAC, составляет +0,22249 В со стандартным отклонением 0,13 мВ при 25 ° C.)

• 1 Применения
  • 1.1 Системы биологических электродов
• 2 Применение при повышенной температуре
• 3 См. Также
• 4 Ссылки
• 5 Внешние ссылки

Коммерческие 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, химически путем гальваники проволоки в концентрированной соляной кислоте, либо электрохимически путем окисления серебра в растворе хлорида.

Пористая пробка на одном конце позволяет контактировать между полевой средой и хлоридом серебра электролитом. Изолированный выводной провод соединяет серебряный стержень с измерительными приборами. Отрицательный провод вольтметра подключается к испытательному проводу.

Корпус электрода содержит хлорид калия для стабилизации концентрации хлорида серебра. При работе в морской воде этот корпус можно удалить, а концентрация хлоридов будет фиксироваться стабильной соленостью воды. Потенциал электрода сравнения серебро: хлорид серебра по отношению к стандартному водородному электроду зависит от состава электролита.

потенциалы электрода сравнения

электрод	потенциал E + E lj	Температурный коэффициент.
	(V ) при 25 ° C	(мВ / ° C) примерно при 25 ° C
SHE	0,000	0,000
Ag / AgCl / Сидел. KCl	+0,197	-1,01
Ag / AgCl / 3,5 моль / кг KCl	+0,205	- 0,73
Ag / AgCl / 3,0 моль / кг KCl	+0,210	?
Ag / AgCl / 1,0 моль / кг KCl	+0,235	+0,25
Ag / AgCl / 0,6 моль / кг KCl	+0,25
Ag / AgCl (морская вода)	+0.266

Примечания к таблице: (1) Источник данных таблицы есть, 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
• Недорогое в производстве
• Стабильный потенциал
• Не- токсичные компоненты

Обычно они производятся с использованием насыщенного электролита хлорида калия, но могут использоваться и с более низкими концентрациями, такими как 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)

Хлоридосеребряные электроды 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 (TENS) для подачи тока. Исторически электроды изготавливались из твердых материалов, таких как серебро, латунь, покрытая серебром, олово и никель. 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.

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 электролита, который наносят между электродом и тканями. Гель содержит свободные 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 разряжают катионы в электролит, а электроны переносят заряд через подводящий провод. В то же время ионы хлора, которые являются анионами в электролите, перемещаются к электроду, и они восстанавливаются, поскольку они связываются с серебром электрода, что приводит к доставке хлорида серебра и свободных электронов к подводящему проводу. Реакция позволяет току проходить от электролита к электроду, а ток электронов проходит через подводящий провод для считывания прибором.

Когда наблюдается неравномерное распределение катионов и анионов, будет небольшое напряжение, называемое половинным. потенциал клетки, связанный с током. 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 приблизительно 220 мВ, и низкого импеданса.

При надлежащей конструкции электрод из хлорида серебра может может использоваться при температуре до 300 ° C. Стандартный потенциал (т.е. потенциал при активности хлорида 1 моль / кг) электрода из хлорида серебра является функцией температуры следующим образом:

Температурная зависимость стандартного потенциала электрода из серебра / хлорида серебра

Температура	Потенциал E
°C	В по сравнению с 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. дают следующие корреляции для стандартного потенциала хлорсеребряного электрода между 0 и 95 ° C в зависимости от температуры (где t - температура в ° C):

$E\; 0\; (V)\; =\; 0,23695\; -\; (4,8564\; \times \; 10\; -\; 4)\; t\; -\; (3,4205\; \times \; 10–6)\; t\; 2\; -\; (5,869\; \times \; 10–9)\; t\; 3\; \{\backslash \; displaystyle\; E\; ^\; \{0\}\; (V)\; =\; 0,23695-\; \backslash \; left\; (4.8564\; \backslash \; times\; 10\; ^\; \{-\; 4\}\; \backslash \; справа)\; t-\; \backslash \; left\; (3,4205\; \backslash \; times\; 10\; ^\; \{-\; 6\}\; \backslash \; right)\; t\; ^\; \{2\}\; -\; \backslash \; left\; (5,869\; \backslash \; times\; 10\; ^\; \{-\; 9\}\; \backslash \; right)\; t\; ^\; \{3\}\}$

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

$E\; 0\; (V)\; =\; 0,23735\; -\; (5,3783\; \times \; 10\; -\; 4)\; t\; -\; (2,3728\; \times \; 10–6)\; t\; 2\; \{\backslash \; displaystyle\; E\; ^\; \{0\}\; (V)\; =\; 0,23735-\; \backslash \; left\; (5,3783\; \backslash \; times\; 10\; ^\; \{-\; 4\}\; \backslash \; right)\; t-\; \backslash \; left\; (2,3728\; \backslash \; times\; 10\; ^\; \{-\; 6\}\; \backslash \; right)\; t\; ^\; \{2\}\}$

Экстраполяция до 300 ° C дает $E\; 0\; (V)\; =\; -\; 0,138\; V\; \{\backslash \; displaystyle\; E\; ^\; \{0\}\; (V)\; =\; -\; 0,138\; \backslash \; \backslash \; mathrm\; \{V\; \}\}$.

Фермер дает следующую поправку для потенциала хлорсеребряного электрода с 0,1 моль / кг раствора KCl при температуре от 25 до 275 ° C, согласно оценка активности Cl при повышенной температуре:

$E\; 0,1\; моль\; /\; кг\; KCl\; (V)\; =\; 0,23735\; -\; (5,3783\; \times \; 10\; -\; 4)\; t\; -\; (2,3728\; \times \; 10\; -\; 6)\; t\; 2\; +\; (2,2671\; \times \; 10\; -\; 4)\; (t\; +\; 273)\; \{\backslash \; displaystyle\; E\; ^\; \{0,1\; \backslash \; \{\backslash \; ce\; \{моль\; /\; кг\; \backslash \; KCl\}\}\}\; (V)\; =\; 0,23735-\; \backslash \; left\; (5,3783\; \backslash \; times\; 10\; ^\; \{-\; 4\}\; \backslash \; right)\; t-\; \backslash \; left\; (2.3728\; \backslash \; times\; 10\; ^\; \{-\; 6\}\; \backslash \; right)\; t\; ^\; \{2\}\; +\; \backslash \; left\; (2.2671\; \backslash \; times\; 10\; ^\; \{-\; 4\}\; \backslash \; right)\; (t\; +\; 273)\}$

• 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.

• Международный веб-сайт NACE для специалистов по коррозии