В электрохимии солевой мост или ионный мост является важным лабораторным устройством, открытым более 100 лет назад. [1] Он содержит раствор электролита, обычно инертный раствор, используемый для соединения окислительных и восстановительных полуэлементов гальванического элемента ( вольтаического элемента), типа электрохимического элемента . [1] [2] Короче говоря, он функционирует как связь, соединяющая анодные и катодные полуэлементы внутри электрохимического элемента. [3] Он также поддерживает электрическую нейтральность во внутренней цепи и стабилизирует потенциал соединения между растворами в полуэлементах. [4] Кроме того, он служит для минимизации перекрестного загрязнения между двумя полуэлементами. [1] [5]
Солевой мост обычно состоит из трубок, заполненных раствором электролита. Эти трубки часто имеют диафрагмы, такие как стеклянные фритты на концах, чтобы помочь удержать раствор внутри трубок и предотвратить чрезмерное смешивание с окружающей средой. [3] При создании солевого мостика между различными растворителями полуэлементов крайне важно убедиться, что электролит, используемый в мостике, растворим в обоих растворах и не взаимодействует ни с какими видами, присутствующими в обоих растворах. [3]
Существует несколько типов солевых мостиков: стеклянные трубчатые мостики (традиционный солевой мостик типа KCl и солевой мостик на основе ионной жидкости), мостики из фильтровальной бумаги, пористые солевые мостики из фритты, солевые мостики из пирогенного кремнезема и агарового геля.
В следующих разделах будут более подробно рассмотрены характеристики и области применения стеклянных трубчатых мостов, бумажных мостов, мостов из солей коллоидного кремния и угольных солей.
Солевые мосты из стеклянных трубок обычно состоят из U-образных трубок Vycor, заполненных относительно инертным электролитом. [6] Раствор электролита обычно содержит комбинацию катионов, таких как аммоний и калий, и анионов, включая хлорид и нитрат, которые имеют схожую подвижность. [1] [3] Выбирается комбинация, которая не реагирует ни с одним из химических веществ, используемых в ячейке.
Традиционно концентрированный водный раствор хлорида калия (KCl) использовался в течение десятилетий для нейтрализации потенциала жидкого перехода. [1] При сравнении других солевых растворов, таких как бромид калия и иодид калия, с хлоридом калия, хлорид калия является наиболее эффективным для нейтрализации потенциала перехода. [1] Однако эффективность этого солевого мостика уменьшается по мере увеличения ионной силы раствора образца. [1]
Из-за многочисленных недостатков солевых мостиков типа KCl, ионные жидкостные солевые мостики (ILSB) были использованы для решения проблем потенциометрии, возникающих из-за солевых мостиков типа KCl в электрохимических ячейках. [1] [4] ILSB демонстрируют эффективную работу в водных растворах гидрофильных электролитов. Это связано с тем, что ионные жидкости не смешиваются с водой (они несмешивающиеся), что делает их подходящими в качестве солевых мостиков для водных растворов. [1] Кроме того, они химически инертны и высокостабильны в воде. [1]
Для создания солевого моста из стеклянной трубки изготавливается U-образная трубка Vycor, содержащая подходящий раствор электролита. [3] Обычно концы трубки покрываются стеклянными фриттами, пористым материалом, или электролит часто желируется с помощью агар-агара , чтобы предотвратить смешивание жидкостей, которое в противном случае могло бы произойти. [3]
Проводимость стеклянного трубчатого моста в первую очередь зависит от концентрации раствора электролита. При концентрациях ниже насыщения увеличение концентрации увеличивает проводимость. Однако, содержание электролита выше насыщения и узкий диаметр трубки могут снизить проводимость. [ 4]
Пористая бумага, например фильтровальная бумага, может использоваться в качестве солевого моста, если ее пропитать соответствующим электролитом, например, электролитами, используемыми в стеклянных трубчатых мостах. Не требуется никакого гелеобразующего агента, поскольку фильтровальная бумага обеспечивает твердую среду для проводимости. [7]
Проводимость такого солевого мостика зависит от ряда факторов: концентрации электролитного раствора, текстуры бумаги и впитывающей способности бумаги. Как правило, более гладкая текстура и более высокая впитывающая способность означают более высокую проводимость. [7]
Для создания такого типа солевого мостика можно использовать лабораторную фильтровальную бумагу, свернув ее в форму, соединяющую две полуячейки, обычно свернутые в цилиндрическую форму. [7] Затем свернутая фильтровальная бумага замачивается в соответствующем инертном солевом растворе. [7] Для придания свернутой фильтровальной бумаге формы U-образной трубки можно использовать соломинку, что обеспечивает механическую прочность пропитанной фильтровальной бумаги. [7] [8] Теперь эту фильтровальную бумагу можно использовать в качестве солевого мостика и соединения двух полуячеек. [7]
Хотя солевые мостики из фильтровальной бумаги недороги и легкодоступны, один из недостатков отсутствия соломинки для обеспечения механической прочности заключается в том, что для каждого эксперимента необходимо использовать новую скрученную и пропитанную фильтровальную бумагу. [7] Кроме того, фильтровальная бумага имеет ограниченный срок службы и представляет высокий риск загрязнения. [3]
Недавняя разработка — угольно-солевой мост. Он считается отличным вариантом для пористого соединения для электрода сравнения в щелочном растворе. [9]
Пористое соединение служит солевым мостиком между двумя полуэлементами эталонного и электролитного растворов. [9] Другие материалы, используемые для пористых соединений, такие как стекло, тефлон и агаровый гель, имеют свои собственные преимущества, но также и некоторые существенные недостатки, такие как высокая стоимость и высокий риск загрязнения. [9] [3]
Таким образом, преимущества использования древесного угля в качестве фритт включают его низкую стоимость и легкую доступность, поскольку древесный уголь может быть получен из пористых углеродных материалов. [9] Несмотря на свою хрупкость, древесный уголь способствует эффективному переносу ионов благодаря своей высокопористой структуре. [9]