stringtranslate.com

Соляной мост

Электрохимическая ячейка (похожая на ячейку Даниэля ) с солевым мостиком из фильтровальной бумаги. Бумага пропитана раствором нитрата калия .

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.

Стеклянные трубчатые мосты (типа KCl и ионный жидкосолевой мост)

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.

Солевые мостики типа KCl

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]

Ионные жидкие солевые мостики

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]

На этикетке «Солевой мост» изображена U-образная стеклянная трубка, используемая в качестве солевого моста.

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]

Фильтровальные бумажные мосты

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]

Угольно-солевые мосты

Недавняя разработка — угольно-солевой мост. Он считается отличным вариантом для пористого соединения для электрода сравнения в щелочном растворе. [9]

Древесный уголь (черный ящик на дне ячейки) действует как солевой мостик, обеспечивая перенос ионов.

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]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcdefghij Какиучи, Такаши (2011-07-01). «Солевой мостик в электроаналитической химии: прошлое, настоящее и будущее». Журнал твердотельной электрохимии . 15 (7): 1661–1671. doi :10.1007/s10008-011-1373-0. ISSN  1433-0768.
  2. ^ "5. Электрохимические ячейки". Chemistry LibreTexts . 2017-05-18 . Получено 2024-04-07 .
  3. ^ abcdefgh Доменек-Карбо, Антонио (2013-11-01). "György Inzelt, Andrzej Lewenstam, and Fritz Scholz (eds.), Handbook of Reference Electrodes". Журнал твердотельной электрохимии . 17 (11): 2967–2968. doi :10.1007/s10008-013-2160-x. ISSN  1433-0768.
  4. ^ abc Kakiuchi, Takashi (2014-08-01). "Ионный жидкий солевой мост — Текущая стадия и перспективы: Мини-обзор". Electrochemistry Communications . 45 : 37–39. doi :10.1016/j.elecom.2014.05.016. ISSN  1388-2481.
  5. ^ Андерсон, Эван Л.; Трудт, Блэр К.; Бюльманн, Филипп (2020). «Критическое сравнение эталонных электродов с солевыми мостиками, содержащимися в нанопористом стекле с порами диаметром 5, 20, 50 и 100 нм». Аналитические науки . 36 (2): 187–191. doi : 10.2116/analsci.19P235 .
  6. ^ Клем, Рэй Г.; Якоб, Фреди.; Андерберг, Дейн. (1971-02-01). «Солевые мостики из пирогенного кремнезема». Аналитическая химия . 43 (2): 292–293. doi :10.1021/ac60297a014. ISSN  0003-2700.
  7. ^ abcdefg Малике Деви, Г.; Падмавати, Д.А.; Санджив, Р.; Джаганнадхам, В. (2016). «Солевой мостик из фильтровальной бумаги при потенциометрическом титровании: статья о химическом образовании для бакалавриата». Всемирный журнал химического образования . 4 (6): 117–123 – через издательство Science & Education Publishing.
  8. ^ "CEJ Vol. 8, No. 2 (Serial No. 15). Reg. No. 8-11". www.edu.utsunomiya-u.ac.jp . Получено 2024-04-15 .
  9. ^ abcde Ли, Джун-Сеоб (2020-02-15). «Использование угольного солевого мостика для электрода сравнения в щелочном растворе». Журнал электроаналитической химии . 859 : 113872. doi : 10.1016/j.jelechem.2020.113872. ISSN  1572-6657.