Chương 5. Điện cực và đo điện

Các nhà hóa học thông minh đã thiết kế ra các điện cực. Các điện cực này phản hồi chọn lọc với chất cần phân tích trong dung dịch (pha lỏng) hay trong pha khí. Kích thước của các điện cực chọn lọc ion chỉ cỡ kích thước của cái bút viết. Các nhà hóa học thực sự rất thông minh khi tạo ra các điện cực bán dẫn cảm biến ion kích thước siêu nhỏ cỡ vài trăm micromet và có thể đưa vào các mạch máu. Việc sử dụng các điện cực để đo điện thế từ đó...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Chương 5. Điện cực và đo điện Nội dungChương 5. Điện cực và đo điện thế............................................................................................ 1 5.1. Các điện cực so sánh ....................................................................................................... 1 5.1.1. Điện cực so sánh bạc-bạc clorua .............................................................................. 2 5.1.2. Điện cực calomen .................................................................................................... 2 5.2. Điện thế tiếp xúc (liquid-junction potentials) ................................................................. 3 5.3. Các điện cực chỉ thị......................................................................................................... 4 5.3.1. Các điện cực kim loại .............................................................................................. 5 5.3.2. Các điện cực màng ................................................................................................... 6 5.3.3. Các sensor hóa học dạng rắn .................................................................................. 12 5.4. Câu hỏi ôn tập ............................................................................................................... 12 Chương 5. Điện cực và đo điện thếCác nhà hóa học thông minh đã thiết kế ra các điện cực. Các điện cực này phản hồi chọn lọcvới chất cần phân tích trong dung dịch (pha lỏng) hay trong pha khí. Kích thước của các điệncực chọn lọc ion chỉ cỡ kích thước của cái bút viết. Các nhà hóa học thực sự rất thông minhkhi tạo ra các điện cực bán dẫn cảm biến ion kích thước siêu nhỏ cỡ vài trăm micromet và cóthể đưa vào các mạch máu. Việc sử dụng các điện cực để đo điện thế từ đó cho ta thông tinvề hóa học được gọi là đo điện thế.Trong trường hợp đơn giản nhất, chất phân tích là các hạt có hoạt tính điện (electroactive) vàlà một phần của pin galvanic. Một điện cực, chả hạn như thanh Pt có thể nhúng vào một dungdịch chưa biết nồng độ, điện cực này có thể truyền electron tới hoặc từ chất phân tích. Dođiện cực này phản hồi với chất phân tích nên nó được gọi là điện cực chỉ thị. Chúng ta nốinửa pin này với nửa pin còn lại qua 1 cầu muối. Nửa thứ hai của pin có thành phần cố định,nó có điện thế là không đổi. Bởi vì điện thế của nó không đổi nên nửa thứ hai của pin đượcgọi là điện cực so sánh. Điện thế của pin là sự khác nhau giữa thế của điện cực chỉ thị vàđiện cực so sánh.5.1. Các điện cực so sánhMột điện cực so sánh lý tưởng là điện cực có điện thế đã được biết trước chính xác,không đổi và hoàn toàn không nhạy cảm với chất phân tích. Ngoài ra, điện cực này phải 1chắc chắn, dễ dàng lắp ráp và duy trì được thế không đổi khi có các dòng điện nhỏ chạyqua.5.1.1. Điện cực so sánh bạc-bạc cloruaĐiện cực bạc-bạc clorua trên hình 5-1 dựa trên phương trình AgCl(r) + e– ⇋ Ag(r) + Cl– E° = +0,222V Ess (KCl bão hòa) = + 0,222 + = + 0,197VThế khử tiêu chuẩn E° cho phản ứng này là +0,222V. Nếu pin được bão hòa với KCl ở25°C, thế này là +0,197V. Hình 5-1. Điện cực so sánh bạc-bạc clorua5.1.2. Điện cực calomenĐiện cực calomen trên hình 5-2 dựa trên phản ứng điện cực ½ Hg2Cl2(r) + e– ⇋ Hg(l) + Cl– E° = +0,268VThủy ngân (I) clorua (calomen) Ess. (KCl bão hòa) = + 0,268 + = + 0,241VThế khử tiêu chuẩn E° cho phản ứng này là +0,068V. Nếu pin được bão hòa với KCl ở25°C, thế này là +0,241V. Điện cực calomen bão hòa được viết tắt là S.C.E (saturated 2calomel electrode). Sự thuận tiện trong việc sử dụng KCl là [Cl–] là không thay đổi khichất lỏng bay hơi. Hình 5-2. Điện cực calomen bão hòa5.2. Điện thế tiếp xúc (liquid-junction potentials)Điện thế tiếp xúc xuất hiện dọc theo lớp biên giữa các dung dịch điện ly có thành phần khácnhau. HCl 1M HCl 0,01M – + Cl– H+ Ej Hình 5-3. Sơ đồ chỉ ra thế tiếp xúc Ej. Độ dài của mũi tên tỉ lệ với độ linh động của hai ionHình 5-3 chỉ ra một ví dụ đơn giản về tiếp xúc giữa dung dịch HCl 1M và dung dịch HCl0,01M. Một màng xốp, ngăn cản hai dung dịch này khỏi sự trộn lẫn. Cả ion H+ và Cl– có xu 3hướng khuếch tán từ phía có nồng độ cao đến phía có nồng độ thấp. Lực ...