11.1. Электрохимические работы: основные понятия и определения
Электрохимические работы в лаборатории связаны прежде всего с синтезом веществ, получением металлов и некоторых газов, при электрохимических исследованиях обычно определяют водородный показатель (рН); в ряде случаев применяют химические источники тока.
Электрохимические аналитические работы, требующие причинения электронной аппаратуры (полярография, амперомет-рия, кулонометрия, потенциометрическое титрование и др.) здесь не рассматриваются, поскольку им посвящены многочисленные монографии.
Ниже кратко изложены основные электрохимические величины, их единицы измерения и символы, рекомендуемые ИЮПАК.
Стандартный электродный потенциал (символ φ°. единица - вольт. В) - напряжение гальванического элемента £, содержащего стандартный водородный и измеряемый электроды, в условиях, когда активности всех участников окислительно-восстановительной реакции, протекающей в гальваническом элементе, равны единице, внешнее давление составляет 1 атм (0,1 МПа),а температура 25 'С.
Значение φ° считают положительным, если измеряемый электрод заряжен более положительно, чем стандартный водородный.
Стандартный электродный потенциал всегда относят к электродной полуреакции восстановления.
Например, значение φ°(Zn/Zn2+) = -0.763 В относят к электродной полурсакции
Цинковый электрод в этом случае заряжен отрицательно по сравнению со стандартным водородным.
Напряжение гальванического элемента (символ E, единица - вольт, В) - физическая величина, равная отношению электрической работы Wэ, совершенной при перемещении положительного заряда вдоль всей электрической цепи, включая и гальванический элемент, к заряду Q.
Напряжение гальванического элемента - это предельное значение разности электродных потенциалов элемента при токе через него, стремящемся к нулю:
(112)
где φп и φл - соответственно электродные потенциалы правого и левого электродов; E - напряжение гальванического элемента.
Значение E принято считать положительным, если электрический ток во внешней цепи течет от левого электрода φл к правому φп.
При таком условии левый электрод является отрицательным полюсом элемента и около него протекает реакция окисления (потеря веществом электронов), а правый электрод - положительным полюсом гальванического элемента, около которого протекает реакция восстановления (приобретение веществом электронов).
В процессе электрохимического синтеза необходимо следить за силой ток напряжением на электролизере, его сопротивлением и количеством электричества.
Электрическое напряжение (символ U, единица - вольт. В) - физическая величина, численно равная работе, совершаемой полем кулоновских сил при перемещении одиночного положительного заряда на участке электрической цепи, на концах которой измеряют электрическое напряжение. Вольт В = 1 Дж*Кл.
Количество электричества (символ Q, единица - кулон, Кл) - электрический заряд, переносимый через поперечное сечение проводника в одну секунд при силе постоянного тока в 1 А (1 Кл = 1 А с).
Электрическое сопротивление (символ R, единица ом. Ом) - физическая величина, численно равная отношению электрического напряжения на концах участка электрической цепи к силе тока 1 в цепи:
(11.3)
Отсюда следует, что 1 Ом = 1 В/А.
Удельное электрическое сопротивление (символ р, единица - Ом • см) определяют из уравнения
(11.4)
где 1 - длина проводника, см; S - поперечное сечение проводника или электролита, см2.
Удельная электрическая проводимость (символ σ, единица - Ом-1 *см-1 или символ χ , единица - сименс на сантиметр См/см) - физическая величина, обратная удельному электрическому сопротивлению. Рекомендуют в качестве единицы применять Ом * см. а не См/см. так как из-за схожести обозначений сименса и сантиметра возникает возможность ошибки.