Важным разделом современной химии является электрохимия, которая изучает процессы, протекаю­щие на границе металлов с жидкостями или газами. В этих процессах обязательно должны участвовать заряженные частицы-ионы и электроны. Электрохимия имеет большое практическое  значение:  получение и очистка металлов, нанесение защитных   покрытий,   изготовление металлических копий, получение ряда  химических   веществ  (щелочи, хлора и многих других), построение химических   источников тока - все это основано на электрохимических процессах
Электроды.     Электродом    в электрохимии   называют   такую систему, в которой токопроводящее вещество помещено в раствор или расплав электролита либо в газ. В качестве   токопроводящего  материала   может  быть  использован твердый металл (в виде кусочка, пластины, проволоки, порошка, монокристалла),     жидкий    металл (ртуть, расплавы металлов, амальгамы сплавы   ртути),   различные соединения (оксиды, карбиды и др.), неметаллические материалы (уголь, графит и др.), полупроводники.
Простейший пример металл, помещенный в водный раствор соли этого металла; его принято называть электродом 1-го рода.

Рассмотрим такой пример: медная пластинка погружена в раствор сульфата меди (II). Соль в водном растворе диссоциирует на ионы:
СuS04 --- >Сu²⁺ + SO4^2-
При погружении пластинки в раствор могут происходить два процесса: переход атомов меди с поверхности металла в раствор (процесс окисления):
Сu - 2е--->Сu²⁺:
и восстановление ионов металла: Сu²⁺ + 2e  --->  Сu
Обычно оба эти процесса протекают одновременно, но скорость одного из них в начальный момент больше. Очень быстро (за доли секунды) скорости обоих процессов выравниваются, и устанавливается равновесие между ионами металла в растворе и металлом:
Сu²⁺+2e--->Cu
Таким образом, если на электрод не оказывать внешних воздействий, то он представляет собой равновесную систему.
К электродам 1-го рода относятся все системы типа Ме^z+ + ze--->Ме (где Me-какой-либо металл, z-заряд ионов этого металла), а также системы с амальгамными электродами; амальгама (раствор металла в ртути) -ионы металла. Например, амальгама цинка-ионы цинка:    
Zn²⁺ +2е--->Zn(Hg)

Существуют   и   другие   типы электродов. Если на металл нанести слой его труднорастворимой соли или оксида и поместить в раствор, содержащий ионы этой соли (для оксида-ионы   ОН-),   то   данная система будет электродом 2-го рода. Например, серебро, покрытое пленкой хлорида серебра AgCl и помещенное в раствор хлорида калия, представляет собой хлорсеребряный электрод. В такой системе устанавливается равновесие:
AgCl + е <---> Ag + Cl^-
Распространенным   электродом 2-го   рода является   каломельный, электрод, изображенный на рис. 1 Для изготовления такой системы в стеклянный сосуд наливают ртуть(1), на нее помещают хлорид ртути (2) (каломель) - и заливают раствором хлорида калия (3). К измерительной системе электрод присоединяют металлическим контактом (4), который опускают в ртуть.

 

Рис. I. Каломельный электрод: 1-ртуть, 2-каломель, 3-раствор хлорида калия, 4-металлический контакт, 5-стеклянный сосуд, 6-солевой мостик

 

В каломельном электроде устанавливается равновесие:
Hg₂ С1₂ + 2е<=> 2 Hg + 2 Сl^-

Некоторые материалы (платина, графит) получили название инертных, так как они не могут посылать свои ионы в раствор. Такие материалы используют для соз­дания       окислительно-восстановительных    или   редокс-электродов. Например,  платиновая пластинка, погруженная в раствор, содержащий сульфат железа (II) и сульфат желе­за (III). В этой системе ионы Fe2 + будут подходить к инертному металлу и отдавать ему электроны:
Fe^{2 +} — е---> Fe^{3 +}
Ионы Fe3+, подходя к металлу, бу­дут принимать от него электроны:
Fe^{3 +}+e ---> Fe^{2 +} .
На таком электроде устанавливается равновесие:   
Fe^{3 +} +е <--->Fe^{2 +}
Сам инертный материал электрода в равновесной системе принимает лишь косвенное участие - служит проводником электронов.
В окислительно-восстановительном равновесии на электроде может участвовать и большее число частиц. Например, если платиновый электрод погрузить в подкисленный раствор перманганата калия, то установится равновесие:
MnO_^-4 +8H ⁺ +5e --->M n ^{2 +}+4H₂0

Особым видом окислительно-восстановительных электродов являются газовые электрды, в которых одним из активных веществ служит газ. Пример газового электрода - водородный электрод: платина, опущенная в раствор содержащий ионы водорода H ⁺ (раствор кислоты), через который пропускается газообразный водород

Рис. 2. Водородный электрод: 1-платина, 2- раствор кислоты

Суммарное равновесие на таком электроде выражается упрощенной схемой:
2Н ⁺+ 2е--->Н₂
Рассмотрим более подробно эту схему. Молекулярный водород, проходя через жидкость, растворяется и подходит к поверхности платины (1). На поверхности металла происходят распад молекулы на атомы и их адсорбция (закрепление на поверхности). Адсорбированные атомы водорода H_адс ионизируются:
H_адс-е--- > H⁺ 
а ионы водорода, принимая электроны, переходят в адсорбированное состояние:
Таким образом, более полно равновесие в водородном электроде выражается схемой
2Н⁺+ 2е--->Н₂
Все упомянутые типы электродов представляют собой окислительно-восстановительные системы, хотя такое название (окислительно-восстановительные электроды) носит лишь часть из них. Так, в системе
Сu2+ + 2е---> Сu восстановленной формой, или восстановителем, является металл медь, а окисленной формой, или окислителем,- ионы меди Сu²⁺.
В системе AgCl + е---> Ag + Сl^- окисленная форма - AgCl, а восстановленная - Ag + CI^- ; в водородном электроде ионы водорода-окисленная форма, газообразный водород-восстановленная и т.д.

Часто в электрохимической практике используют стандартные электроды, например стандартный водородный. Работа этих электродов протекает при стандартных условиях: температуре 298 К (25 °С), давлении 101325 Па (или°760 мм рт. ст., или 1 атм) и концентрации всех компонентов в растворе I моль/л.

далее>>>>