金属基电极
以金属为基体的电极,其特征是电极上有电子交换,存在氧化还原反应。它可分成以下四种:
1 **类电极(金属/金属离子电极)
这类电极是由金属与该金属离子溶液组成,M|Mn+。如将洁净光亮的银丝插入含有银离子的溶液(如AgNO3)中,其电极反应为:
Ag+ + e → Ag
在25℃时,电极电位如式(3-1)所示:
φ=φ0Ag+,Ag +0.059 lg aAg+ (3-1)
这类电极的形成,要求金属的标准电极电位为正值,在溶液中,金属离子以一种化合价形式存在。Cu、Ag、Hg等能满足以上要求,形成这类电极。有些金属的标准电位虽较负,但由于动力学因素,氢在其上有较大的超电位,也可用作电极,如Zn、Cd、In、Ti、Sn和Pb等。
2 **类电极(金属/难溶盐电极)
这类电极由金属、该金属的难溶盐和该难溶盐的阴离子溶液组成。如银-氯化银电极(Ag/AgCl,Cl-),它的电极反应为:
AgCl + e → Ag + Cl-
在25℃时,Ag/Ag+电极的电位如式(3-1)所示。当存在AgCl时,a(Ag+)将由溶液中氯离子的活度和氯化银的溶度积Ksp,AgCl来决定。
a =Ksp,AgCl/a (3-2)
代入式(3-1),得:
φ=φ0 +0.059 lgKsp,AgCl-0.059 lg a
φ=φ0- 0.059 lg a (3-3)
当a 一定时,电极电位是稳定的,电极反应是可逆的。在测量电极的相对电位时,常用它代替标准氢电极(SHE)作参比电极用。它克服了氢电极使用氢气的不便,且比较容易制备。电化学分析中将它作为二级标准电极。
类似的电极还有:甘汞电极(Hg|Hg2Cl2,);硫酸亚汞电极(Hg|Hg2SO4, ),其电位值见表3-1。
表3-1 二级标准电极电位表(25℃)
电极 | 电极电位(vs.SHE)/V |
甘汞Hg/Hg2Cl2, 0.10mol/L KCl 1.0mol/L KCl 饱和KCl | 0.334 0.282 0.242 |
银-氯化银Ag/AgCl, 0.10mol/L KCl 1.0mol/L KCl 饱和KCl | 0.288 0.228 0.199 |
硫酸亚汞Hg/Hg2SO4, 0.5mol/L K2SO4 饱和K2SO4 | 0.682 0.650 |
3 第三类电极(金属/两种难溶盐-难溶盐阳离子)
这类电极由金属,两种具有相同阴离子的难溶盐(或难离解的配合物),含有**种难溶盐(或难离解的配合物)的阳离子组成。例如:草酸根离子能与银和钙离子生成草酸银和草酸钙难溶盐,在以草酸银和草酸钙饱和且含有钙离子的溶液中,用银电极可以指示钙离子的活度。
Ag|Ag2C2O4,CaC2O4,Ca2+
在25℃时,银电极电位用式(3-1)计算。由难溶盐的溶度积,可得:
(3-4)
(3-5)
(3-6)
其中: (3-7)
如果形成难离解的配合物,也可组成第三类电极,汞与EDTA形成的配合物组成的电极是一个很好的例子。电极体系为:
Hg|HgY2-,CaY2-,Ca2+
(3-8)
其中Kf是配合物的形成常数。这种电极可在电位滴定中用作pM的指示电极。在滴定终点附近,由于M离子绝大部分形成MY2-,故[HgY2-]/[MY2-]比值可视为基本不变,所以:
(3-9)
4 零类电极(惰性金属电极)
这类电极由一种惰性金属(铂或金)与含有可溶性金属离子的氧化态和还原态物质的溶液组成。如:Pt|Fe3+,Fe2+
(3-10)
惰性金属不参与电极反应,仅仅提供交换电子的场所。
第三节 离子选择性电极
1 离子选择性电极的分类
离子选择性电极的基本构造包括三部分:
1) 敏感膜;
2) 内参液。它含有与膜及内参比电极响应的离子;
3) 内参比电极。通常用Ag-AgCl电极。
有的离子选择性电极不用内参液和内参比电极,它们在晶体膜上压一层银粉,把导线直接焊在银粉层上,或把第三层膜涂在金属丝或片上制成涂层电极。
根据敏感膜的类型,离子选择性电极的命名和分类如下:
离 子 选 择 性 电 极 | 原 电 极 | 晶体电极 | 均相膜电极 |
异相膜电极 |
非 晶 体 电 极 | 刚性基质电极(各种玻璃电极) |
流动 载体 电极 | 带正电荷载体电极 |
带负电荷载体电极 |
中性载体电极 |
敏化 电极 | 气敏电极 |
酶 电 极 |
近些年来,还出现了一些新类型选择性电极,如离子敏感场效应管电极、修饰电极、**电极、分子选择性电极等,它们未被列入以上分类之中。