Водородный электрод практическое использование

В промышленных и обычных лабораторных приборах вместо водородного широко применяется стеклянный электрод. Он состоит из тонкостенной колбочки (пузырька), изготовленной из мягкого стекла, содержащей соляную кислоту, в которую погружен маленький серебряный электрод. Цепь заканчивается каломельным или хлорсеребряным электродом. Потенциал стеклянной мембраны, в основном, пропорционален величине pH раствора. Однако при высоком соотношении ионов натрия и водорода ионы натрия внедряются в мембрану, что приводит к неверным результатам. По этой причине едкое кали при потенциометрическом титровании предпочтительнее нежели едкий натр, так как относительно высокое содержание ионов калия не влияет значительно на точность показаний. Гидрат окиси тетра-этиламмония дает еще меньшую ошибку, чем едкое кали, однако растворы его неудобны для практического использования вследствие их нестойкости. [c.22]

При использовании уравнения (175.14) для расчета потенциалов газовых электродов активность газов (при небольших давлениях) выражается их парциальным давлением. Активность воды, за исключением очень концентрированных растворов, практически не меняется при протекании электродной реакции и может быть принята равной единице. Потенциал водородного электрода [c.480]

Таким образом, при определенных условиях потенциал водородного электрода является непосредственным выражением величины pH. Следует учитывать, что хотя водородный электрод служит основой условной шкалы электродных потенциалов и связан непосредственно с pH раствора, его практическое использование как электрода сравнения или индикаторного электрода связано с рядом трудностей. [c.164]

Как следует из приведенных выше окислительно-восстановитель-ных реакций, зарядный процесс для железного и кадмиевого электродов протекает одинаково, т. е. через образование анионов этих металлов, восстанавливающихся на катоде до металла. Однако ход зарядных кривых для железного и кадмиевого электродов различен. Кривая заряда кадмиевого электрода имеет две четко выраженные потенциальные площадки. Первая из них отвечает восстановлению Сс1 (ОН), до металлического кадмия перенапряжение этого процесса невелико, т. е. потенциал электрода лишь незначительно (приблизительно на 0,1 в) отличается от равновесного. Водородное перенапряжение на кадмии велико, поэтому переход на водородную площадку практически происходит только после восстановления всего кадмия. На железном электроде, хотя его равновесный потенциал мало отличается от кадмия, соотношение потенциалов выделения металла и водорода иное восстановление окислов железа происходит с большим перенапряжением (около 0,25 в в начале заряда) водородное перенапряжение на железе, наоборот, мало. Поэтому одновременно с восстановлением железа почти с самого начала заряда происходит разряд ионов водорода. В ходе разряда доля тока, расходуемая на выделение водорода, растет, а доля тока, идущая на восстановление железа, падает. Кривая заряда железного электрода не имеет четко разграниченных областей, отвечающих каждому из электродных процессов, а использование тока оказывается небольшим (порядка 70%). [c.87]

Однако следует иметь в виду, что как использование величин еох/ке<1, так и другое разделение на два слагаемых — это лишь формальный прием, позволяющий приближенно рассчитать отдельные слагаемые, но не характеризующий истинных скачков потенциала на электродах. В то же время, как уже отмечалось в гл. 1, широко используемое разделение э.д.с. гальванической цепи как разности двух ОВ потенциалов (Яох/Неа), измеренных относительно условно нулевого электрода сравнения (нормальный водородный электрод), также является формальным приемом, но этот прием имеет большее практическое значение, поскольку ох/кес — величины, экспериментально определяемые с высокой степенью точности. Чтобы на основе уравнений типа (2.53) и (2.54) провести рассматриваемое разделение э.д.с., необходимо каждую из величин еох/неа выразить относительно одного и того же электрода сравнения, т. е. получить обычный ОВ потенциал ( ох/кес ). При этом замена еох/кеа на соответствующий ОВ потенциал также дает искомую э. д. с. как разность ОВ потенциалов [c.68]

Практически при использовании потенциометрического метода в таких неводных системах сталкиваются с серьезными ограничениями. Такие измерения почти всегда необходимо выполнять со стеклянным электродом. Он с одинаковым успехом, как и в водной среде,, может быть использован в неводных и водно-смешанных растворителях, но только не при полном отсутствии воды. Поэтому этот метод не пригоден для систем, совершенно не содержащих воду, в связи с чем нет работ с абсолютно безводными растворителями. Поскольку наиболее интересно определить относительную устойчивость, вполне пригодной оказалась система диоксан — вода. Несмотря на описанные трудности работы с безводными растворителями, несколько потенциометрических исследований устойчивости клешневидных соединений в этих условиях все же было выполнено В безводном этаноле был изучен ацетилацетонат никеля с помощью ячейки, содержавшей хлорсеребряный и водородный электроды. [c.364]

При изучении протолитических процессов, протекающих в окислительно-восстановительных системах, в качестве нуля отсчета может быть использован потенциал водородного полуэлемента, состав раствора которого практически тот же, что и у раствора окислительно-восстановительной системы. Было предложено [55, с. 3] окислительный потенциал, измеренный относительно потенциала водородного электрода в том же растворе, назвать окислительным напряжением Эта величина отличается от окислительного потенциала ф на произведение lg к [c.19]

Требованию высокой активности для многих электрокаталитических процессов и одновременно коррозионной устойчивости отвечают металлы платиновой группы и сплавы на их основе. Эти катализаторы являются весьма эффективными для водородного и кислородного электродов электроокисление углеводородов с достаточно высокими скоростями при низких температурах удалось пока осуществить лишь на платиновых металлах. Широкому практическому использованию платиновых катализаторов мешают их дороговизна и дефицитность. Поэтому перед электрокатализом стоят задачи разработки путей наиболее эффективного использования платиновых катализаторов и поиска менее дорогих и дефицитных электродных материалов. Более эффективное использование платиновых металлов достигается увеличением их дисперсности, нанесением платиновых осадков на различные носители с электронной проводимостью и развитой поверхностью (например, на углеродистые материалы). Резкое увеличение каталитической активности иногда достигается при использовании комбинированных катализаторов. Так, на дисперсных платино-рутение-вых катализаторах скорость электроокисления метанола оказывается выше на три порядка по сравнению со скоростью процесса на платине или рутении, взятых в отдельности. [c.264]

Предложены и уже нашли практическое применение различные неплатиновые электрокатализаторы. Так, в щелочных растворах электровосстановление кислорода с достаточно высокой ско-костью протекает на серебре и активированном угле, причем активность последнего повышается при введении в уголь, например, оксидов шпинельного типа (С03О4, С0А12О4 и др.), а также некоторых органических комплексных металлсодержащих соединений— фталоцианинов или порфиринов. Эти комплексные соединения существенно увеличивают активность активированного угля в процессе электровосстановления кислорода и в кислой среде. Для водородного электрода, а также для электроокнсления метанола в щелочной среде может быть использован скелетный никелевый катализатор. Перспективным катализатором анодного окисления водорода в кислой среде оказывается карбид вольфр,а-ма W . [c.264]

С другой стороны, на платине можно проводить такие реакции, которые не могут быть выполнены на ртути. Платина обладает высоким положительным потенциалом, она индифферентна по отношению к большинству окислителей при использовании платины в качестве анода она практически анодно не растворяется, за исключением особых случаев, например в присутствии комплексообразо-вателей — цианид-ионов и других, в то время как ргуть окисляется значительно легче в присутствии больших количеств хлорид-иона, например, уже при потенциале около О относительно насыщенного каломельного электрода, т. е. около +0,25 в относительно нормального водородного электрода в присутствии сульфид-иона потенциал окисления ртути становится еще более отрицательным — около —0,3 в (нормальный водородный электрод). На платиновом электроде можно устанавливать любой положительный потенциал вплоть до значений, соответствующих выделению- кислорода, неизбежно присутствующего в водном растворе в составе ионов гидроксила (йли молекул воды), окисляющихся на аноде. Подобно тому как потенциал выделения водорода зависит от pH раствора, так и потенциал выделения кислорода на платине, составляя около + 0,8 в в нейтральных растворах, сдвигается в сторону отрицательных значений при увеличении pH и в сторону положительных значений при увеличении кислотности раствора. [c.43]

Чувствительность определения элементов по этому методу составляет для Ей—100 мкг/мл (в присутствии ионов 504 , необходимых для появления свечения), 0(1 — 1 мкг/мл, ТЬ — 0,01 мкг/мл [1]. Для 5ш и Ву, согласно данным [1], метод недостаточно чувствителен, чтобы можно было говорить о его практическом использовании. Недостатком способа является то, что для возбуждения необходимо применять коротковолновое излучение с длиной волны 210—230 ммк (обычно высоковольтной искры между металлическими электродами), малоустойчивое во времени. Вследствие этого объективное фотометрирование становится затруднительным. Кроме того, в области 210—230 ммк поглощают свет многие вещества, снижая интенсивность свечения. Это является причиной значительного влияния посторонних элементов. При использовании в качестве возбуждающего излучения водородной лампы разработан метод определения ТЬ с чувствительностью 5 мкг/мл, пригодный при анализе окислов, содержащих от 0,5 до 100% ТЬ40 [6]. [c.98]

Давно установлено, что термодинамические. методы позволяют изучать свойства лишь комбинаций ионов, особенно нейтральных комбинаций, но не могут дать точной инфор.мации относительно активности индивидуальных ионов. Тем не менее удобно н полезно pa ютpeть стеклянный водородный электрод и более новые ионоселективные электроды, электрохимически реагирующие на свойства отдельных видов ионов. Можно показать, что таким свойством иона, на изменение которого реагирует потенциал ионоселективного электрода, является активность. Ранее было сформулировано [1], 12] практическое условие для определения активности ионов водорода, а стандарты pH, основанные на этом условии, рекомендованы для международного использования. [c.463]

Электрометрические и потенциометрические методы. Для определения концентрации водородных ионов применяются электроды трех типов — водородный, хингидронный и стеклянный. Водородный электрод в принципе может быть использован для измерения pH, но, как мы уже говорили в разд. 7.2, в большинстве случаев для практической работы не пригоден. При его применении во избежание ошибок необходимо, чтобы раствор, pH которого нужно определить, не содержал окисляющих агентов или солей металлов. Хингидронный электрод менее чувствителен к солям металлов, однако его нельзя использовать при работе с растворами, содержащими окисляющие и восстанавливающие агенты. Область применения хингидронного электрода ограничивается значением pH не более 8,5, так как в щелочной среде хингидрон (эквимолярная смесь хинона и гидрохинона) окисляется и диссоциирует с обра-, зованием ионов водорода. Получаемые значения pH могут быть искажены за счет ионной силы среды. Хингидронный электрод состоит из инертного полированного металла (например, платины), погруженного в испытуемый раствор, в который добавлен хингидрон. [c.217]

Еще в 1839 г. Грове получил ток от кислородно-водородного элемента. Однако он не представлял себе возможности практиче,-. ского использования подобного источника тока. Попытку создания топливного элемента, пригодного для практики, впервые осущест-5 вил Павел Николаевич Яблочков. Им были разработаны в 1895 г." элементы с газовыми электродами. Теоретические вопросы, связан- ные с созданием топливных элементов, изучали многие крупные зарубежные ученые — Оствальд, Нернст, Грубе и другие и СССР — Фрумкин и ряд ученых его школы. Особенно большое внимание разработке топливных элементов стали уделять после второй мировой войны. Над этой проблемой работает ряд коллек-] тивов исследователей. Однако применение топливных элементов, пока еще очень ограничено. В настоящее время называют топливными элементами все элементы, в которых активные материалы не заключены в самом элементе, а подаются в него непрерывно. Системы из топливных элементов и относящихся к ним вспомогательных устройств, например для регулировки давления газов, называют электрохимическими генераторами энергии. В качестве окислителя на положительном электроде в топливных элементах чаще всего используют кислород. Существуют элементы с жидкими окислителями — азотной кислотой и др., но они не получили пока распространения. Работа кислородного электрода была рассмотрена ранее. На отрицательном электроде в качестве активных веществ (топлива) используют газообразные (водород), жидкие (метанол, гидразин и др.) и твердые вещества. Некоторые виды топлива (метан, уголь) электрохимически инертны, их ионизация протекает так медленно, что практически процесс не осуществим без принятия специальных мер. Для ускорения реакции используют два способа электроды изготавливают из веществ, каталитически ускоряющих процесс, и работа ит при повышенных температурах. [c.352]

Вещество, определяемое кулонометрическим методом при постоян-но 4 потенциале, взаимодействует на электроде, потенциал которого поддерживается при таком значении, когда исключены нежелательные электродные реакции (см. раздел IVB, посвященный электролизу при регулируемом катодном потенциале). В процессе электролиза сила тока уменьшается по экспоненциальной зависимости следовательно, значение Q можно определить при помощи интегрирования. Самый простой метод определения Q основан на использовании кулонометра, который включается в цепь с реакционной ячейкой. Сам кулонометр представляет собой электролизер, позволяющий получать продукт (со 100%-ным выходом по току), количество которого можно точно измерить. Обычно используют три типа кулонометров — серебряные, медные и газовые. Прохождение одного кулона электричества вызывает осаждение 1,118 мг серебра в серебряном кулонометре, 0,659 мг меди в медном кулонометре и выделение 0,1739 мл газа в водородно-кислородном кулонометре. Значение можно определить с точностью до долей кулона, так как точность взвешивания составляет доли миллиграмма. Следовательно, рассматриваемый метод обладает высокой чувствительностью и точностью. Однако в течение ряда лет его практическое применение было ограниченным из-за трудностей, связанных с поддержанием постоянного катодного потенциала. В настоящее время прецизионные потенциостаты легкодоступны. Успехи аналитического приборостроения привели к тому, что кулонометрия с использованием потен-циостатов превратилась в простой и быстрый метод, пригодный для проведения массового анализа. Наличие приборов, позволяющих регулировать катодный потенциал, дает возможность проводить последовательное определение нескольких веществ. Современные электронные [c.430]

Б оном кислородо-водородный элемент Гидрокс был рассчитан на работу при 200—240° С и давлении 5,6 МПа. При плотности тока 1620 А/м2 его напряжение было 0,9 В, а при 4130 А/м2 — 0,8 В. Элемент имел никелевые электроды с запорным слоем, электролитом служил 37%-ный раствор КОН. Необходимость поддержания и регулирования высокого давления очень усложняет работу. Было предложено применять в качестве электролита высококипяший 85%-ный раствор КОН. Это позволило работать при 200—260°С и давлении 0,2—0,5 МПа. Высокотемпературные топливные элементы пока еще не нашли практического применения. Разработки ведутся с электролитами из расплавленных эвтектических смесей карбонатов щелочных металлов. Расплавом пропитывают пористую матрицу из спеченного оксида магния либо в расплав добавляют порошок оксида магния для загущения. Высокотемпературные элементы могли бы представить интерес в виде стационарных установок с использованием дешевых видов топлива (например природных газов), но задача эта еще не решена. [c.355]

В промышленности основным методом измерений концентрации водородных ионов является электрометрический. Он основан на использовании следующего явления. При погрум ении в раствор электродов определенной конструкции на границе электрод — раствор возникают электрические заряды, величина которых зависит от концентрации водородных ионов в растворе и температуры. Для практического измерения заряда определенного электрода (измерительного) по отношению к заряду раствора необходим второй электрод (сравнительный), заряд которого должен оставаться постоянным. При электрическом [c.320]

Результатом первого десятилетия наших исследований и разработки на их основе электрохимического генерирования м аккумулирования электрической энергии было издание в 1959 г. Академией наук и литературы в Майнце монографии Высокоактивный водородный диффузионный электрод для работы при температуре окружающей среды и низком давлении , написанной нами с сотрудниками Пилькуном и Шайбе. В ней мы опубликовали во всех подробностях наши исследования по двухскелетным катализаторным ДСК-электродам. Пожалуй, можно утверждать, что эти исследования проведены при больших затратах труда и средств, а также на более высоком теоретическом, экспериментальном и технологическом уровне, чем все предыдущие отдельные исследования. Критики также отмечают, что практически важные результаты не замалчиваются, а публикуются для использования в лабораториях всех стран. Эта монография очень быстро разошлась, и авторы считают большой честью, что вскоре появились русский и американский переводы. Досадно лишь, что оба перевода были сделаны с первого издания в то время, когда уже подготавливалась рукопись второго, улучшенного и дополненного издания. [c.9]

Применяются потенциометры двух основных типов. В приборах первого типа ток измеряют обычными стрелочными или зеркальными гальванометрами без предварительного усиления. Такие потенциометры пригодны в тех случаях, когда сопротивление измеряемой цепи невелико, т. е. в большинстве практически важных определений методами окисления-восстановления и осаждения и комплексообразования, а также методом кислотно-основного титрования с использованием водородного, хингидронного или сурьмяного электродов. К приборам этого типа относятся высокоомные потенциометры постоянного тока ППТВ, Р-307 и др. [c.299]

Цепь электрода с известково-натриевым и особенно магниево-натриевым стеклом имеет значительно меньшее электрическое сопротивление, чем элементы, основным компонентом которых является литий. Использование электродо В со оравнительно небольшим сопротивлением облегчает задачу измерения их потенциала. Этим объясняется широкое распространение натриевых электродов на первом этапе развития промышленной рН-метрии. Большим недостатком натриевых электродов является значительная нелинейность их характер истики в области сильнокислых и сильнощелочных реакций. Практически диапазон применения таких электродов ограничивается значениями pH от 1 до 10. Кроме того, электроды с натриевым стеклом характеризуются заметкой неустойчивостью потенциала, объясняемой тем, что они об-, ладают свойствами не только водородного, но и натриевого электрода поэтому на величину их потенциала влияют ионы щелочных металлов, содержащихся в анализируемой среде. [c.18]

Если энергия сольватации иона металла имеет практически одно и то же значение в нескольких различных растворителях, то стандартный потенциал электрода металл—ион металла будет, по-видимому, оставаться постоянным. Плесков [33] указал на то, что в качестве основы шкалы потенциалов рубидиевый электрод более приемлем, чем водородный, так как его с равным основанием можно применять в ряде растворителей. Выбор этого электрода обусловлен тем, что ион рубидия имеет единичный заряд, большой радиус и сильно поляризуется. Позже Штрелов [34] попытался улучшить подход, использованный Плесковым. Он указал на то, что даже в отсутствие заметной сольватации некоторое изменение свободной энергии переноса иона может происходить из-за различий в диэлектрических постоянных [c.328]

Влияние материала электрода иногда приписывают только величине перенапряжения водорода на нем. Действительно, на металлах с высоким водородным перенапряжением реакции восстановления часто идут полнее. Кроме того, на таких электродах легче могут быть достигнуты потенциалы, при которых происходит восстановление трудно восстанавливаемых соединений. Однако, в общем случае, прямого параллелизма между величиной водородного перенапряжения на электродном материале (или величиной катодного потенциала) и его активностью по отношению к реакции электро-восстановления не существует. Более того, оказывается, что некоторые соединения лучше восстанавливаются на катодах с низким перенапряжением и хуже, или даже вообще не восстанавливаются, на металлах с высоким водородным перенапряжением. Такое избирательное электровосстановление органических соединений представляет собой распространенное явление (Антропов, 1951). Примеры избирательного восстановления приведены в табл. 46. На катодах с низким перенапряжением — платине и никеле (особенно в форме черни или губки) — преимущественно восстанавливаются изолированные ненасыщенные связи в органических соединениях жирного ряда и двойные связи в бензольном кольце. В то же время эти связи практически не гидрируются на катодах, обладающих высоким водородным перенапряжением, таких, например, как ртуть или свинец. Напротив, полярные группы — карбонильная и карбоксильная — восстанавливаются на катодах с высоким перенапряжением водорода и не затрагиваются при использовании катодов с низким перенапряжением водорода. Исключение из этого правила составляют нитро- и нитрозо-группы, а также коньюгированные двойные и тройные связи они способны восстанавливаться практически на любых катодах. [c.396]

Специальный разд. 5.1 этой работы посвящен вопросам адсорбции и десорбции водорода на никелевых ДСК-электродах при различных температурах и давлениях. Этими опытами удалось установить, что неупорядоченная решетка никеля Ренея способна поглощать водород В таких огромных количествах, что почти полностью образуется метастабильное соединение N11 1,2. При этом ионы водорода так плотно упакованы, что их внутреннее давление можно оценить в несколько тысяч атмосфер [25] (см. разд. 5.12). Такая большая способность к аккумулированию интересна не только с научной точки зрения, но имеет также и практическое значение. Благодаря этой способности водородные ДСК-электроды могут удовлетворять требованию — отдавать при пиковых нагрузках мощности, составляющие несколько сотен процентов от основной нагрузки. Это представляет определенное преимущество по сравнению с обычной тепловой или атомной электростанцией, где требуется создание дополнительной пиковой мощности и организация распределения нагрузки. В этом же разделе обсуждается возможность использования насыщенных водородом ДСК-электродов в сочетании с подходящим кислородным (или воздушным) катодом в качестве аккумулято- [c.29]

Единственный топливный элемент, имеющий практическое значение, — это упоминавшийся выше кислородно-водородный элемент, в котором в качестве топлива служит газообразный водород. Кислородно-водородный элемент не идеальный преобразователь химической энергии в электрическую, однако он характеризуется относительно малой массой на единицу вырабатываемой энергии. Это особенно важно при использовании его в качестве источника электрической энергии на космических кораблях. Такой элемент, в частности, был установлен на борту американского двухместного космического корабля Джемини . Элемент состоял из платиновых электродов и ионообменной мембраны (на поверхности каждого электрода, контактирующего с мембраной, имелась тонкая пленка жидкого электролита). Мембрана предотвращала контакт реагирующих газов с не соответствующими им электродами, т. е. контакт водорода с кислородом. В последовавших затем экспедициях Апполон использовались кислородно-водород ные элементы с жидким электролитом (рис. 45). [c.127]

Один из самых больших образцов — батарея из водородно-кисло-родных элементов мощностью 5 кВт, созданная Бэконом в 1959 г. (Великобритания). Эта батарея состоит из 40 последовательно включенных элементов с дисковыми электродами из пористого никеля. Батарея с диаметром электродов 25 см при рабочей температуре 200 °С и давлении 30 — 40 кГ/см дает разрядный ток 210 А (плотность тока около 420 мА/см ) при напряжении 24 В. Практический КПД использования энергии окисления водорода при сравнительно большой интенсивности работы элемента (плотности тока) составляет 50 — 55 %. [c.256]