مقدمة للقطب مرجع Ag / AgCl
القطب المرجعي Ag / AgCl هو قطب مرجعي يستخدم على نطاق واسع بسبب إمكاناته المستقرة واستقراره على المدى الطويل. يتكون من سلك فضي مطلي بكلوريد الفضة ، مغمور في محلول يحتوي على أيونات الكلوريد. يعد محلول الإلكتروليت المستخدم في القطب أمرًا بالغ الأهمية في تحديد أدائه. يشيع استخدام القطب الكهربي Ag / AgCl في التحليل الكهروكيميائي مثل قياس الأس الهيدروجيني وقياس الجهد وقياس الجهد الدوري. يُفضل على الأقطاب الكهربائية المرجعية الأخرى نظرًا لتكلفتها المنخفضة وسهولة تحضيرها وإمكانية تكرار نتائجها.
جدول المحتويات
هيكل Ag / AgCl الكهربائي
القطب المرجعي Ag / AgCl هو قطب كهربائي شائع ومستخدم على نطاق واسع في القياسات الكهروكيميائية. هيكلها بسيط ولكنه فعال ، ويتكون من سلك فضي مغطى بطبقة من كلوريد الفضة. يعمل القطب على أساس تفاعل الأكسدة والاختزال بين Ag و AgCl ، والذي يعمل كزوجين من الأكسدة والاختزال. يتم تحديد جهد القطب بواسطة تركيز أيونات Ag + في حالة توازن مع AgCl وتعتمد على نشاط أيون كلوريد المحلول.
يتكون هيكل القطب المرجعي Ag / AgCl من سلك فضي مع تراجع كلوريد الفضة ، محاط بإلكتروليت ملح. عادة ما يكون الملح عبارة عن كلوريد البوتاسيوم (KCl) المشبع بكلوريد الفضة لضمان عدم تجريد كلوريد الفضة من غمسه. لكي يعمل القطب المرجعي ، ستتسرب كمية صغيرة من محلول الملء الداخلي من المستشعر إلى العينة ، مما يوفر اتصالًا كهربائيًا وإمكانية ثابتة وغير متغيرة. يمر مسار التسرب هذا من خلال تقاطع الإلكترود ، والذي يمكن تصنيعه من مجموعة من المواد بما في ذلك السيراميك والقطن والتفلون وغيرها.
يجب دائمًا اختيار حلول التعبئة وفقًا لمتطلبات التطبيق ، بحيث لا تتفاعل مع العينة أو تتسبب في خطأ في القياس (مثل ما إذا كانت تعمل بمثابة أيون متداخل في تحليل ISE). يوفر القطب المرجعي Ag / AgCl 199mV (± 5mV) مقابل قطب هيدروجين عادي إذا كان محاطًا بمحلول KCl / AgCl المشبع المقاس عند 25 درجة مئوية.
تظل إمكانات القطب مستقرة لأن AgCl هو ملح غير قابل للذوبان ، ويتم تحديد تركيز Ag + بواسطة نشاط أيونات الكلوريد في المحلول. يوفر كل من الأقطاب المرجعية SCE و Ag / AgCl إمكانات نصف خلية مستقرة لا تتغير بمرور الوقت. لوحظ فقط اعتماد طفيف على درجة الحرارة للقدرة في هذه الأقطاب الكهربائية ، حيث يتغير بحوالي 0.5 - 1.0 مللي فولت / درجة مئوية. لا يؤدي فقدان المنحل بالكهرباء إلى التبخر إلى تغيير الطبيعة المشبعة للمحلول أو الإمكانات.
يجب على المرء أن يدرك أن تقاطعات التلامس للخلايا النصفية بطبيعتها تتسرب ببطء من محلول الملء إلى المحلول الخارجي الذي توجد فيه. على سبيل المثال ، يمكن أن تجد كمية صغيرة من أيون AgCl2-1 القابل للذوبان في محلول KCl الداخلي لمرجع Ag / AgCl طريقها إلى محلول التحليل بمرور الوقت ، حيث يمكن أن يؤدي إلى ترسب الفضة على القطب العامل عند إمكانات مطبقة منخفضة نسبيًا . لذلك ، يمكن أن يقلل تصميم الوصلة المزدوجة من مشكلة التلوث عن طريق وضع حل ثانٍ بين نصف الخلية المرجعية وحل القياس.
في العديد من التطبيقات ، حتى كمية صغيرة من محلول الإلكتروليت المتسرب من القطب المرجعي يمكن أن يضر بالتفاعلات الكهروكيميائية التي تحدث في محلول التحليل. من بين هذه التطبيقات الكيمياء الكهربائية غير المائية. في هذه التطبيقات ، قد يكون من الممكن استخدام ما يسمى بالإلكترود المرجعي الزائف. أبسط قطب مرجعي زائف هو سلك معدني ، مثل البلاتين ، يتم إدخاله مباشرة في محلول التحليل.
تأتي الأقطاب المرجعية في مجموعة متنوعة من الأشكال. في حين أنه من الممكن نظريًا استخدام سلك Ag مغموسًا مباشرة في محلول التحليل كقطب مرجعي لأبسط السير الذاتية ، إلا أنه يجب تجنبه لأن الفقد البطيء لـ Ag + أيونات قد يتفاعل مع التحليل وأي تغييرات في محلول الإلكتروليت (من الركيزة المضافة ، على سبيل المثال) قد تغير الجهد المرجعي المقاس في سلك Ag. أفضل ممارسة هي عزل القطب المرجعي عن محلول التحليل باستخدام فريت (زجاج مسامي) يحافظ على التلامس الكهربائي مع تقليل خلط المحلول.
يجب توخي الحذر لمنع فريت من الجفاف ، والذي يتسبب في تبلور ملح الإلكتروليت في المسام وجعله غير صالح للاستخدام. يمكن اختبار سلامة مزيج فريت فيكور من خلال محاولة ضغط السائل من خلاله باستخدام لمبة ماصة ؛ إذا كان يتم ترشيح السوائل بسهولة ، يجب استبدال مزيج مزيج فيكور.
يجب تخزين الأقطاب الكهربائية المرجعية المائية Ag / AgCl المتاحة تجارياً في الظلام ومغمورة في محاليل مماثلة للمحلول داخل القطب المرجعي ، وعادةً ما يكون KCl مشبعًا. يمكن للأقطاب "القديمة" Ag / AgCl تطوير تراكم أبيض على السلك ، وقد تنجرف بعيدًا عن إمكاناتها المرجعية المعلن عنها. من الأفضل استخدام محلول مقصورة مرجعي يحتوي على نفس المذيب مثل تركيز ملح الإلكتروليت لتجنب المضاعفات والتلوث ، لذلك لا ينبغي استخدام الأقطاب الكهربائية المرجعية المائية للتجارب غير المائية.
بالنسبة للتجارب الكهروكيميائية غير المائية ، يمكن صنع قطب مرجعي بسهولة من مقصورات أقطاب مرجعية زجاجية (أو معاد تدويرها) متاحة تجاريًا (أو معاد تدويرها) ، وفريتس فيكور ، وأسلاك فضية. كما في حالة الأقطاب الكهربائية المرجعية المائية ، يجب غمر السلك الفضي في محلول من نفس المذيب الذي يحتوي على نفس تركيز ملح الإلكتروليت (يفضل استخدام نفس الملح) مثل المحلول المحتوي على المادة التحليلية.
مبدأ العمل للقطب Ag / AgCl
تستخدم الأقطاب المرجعية AgAgCl على نطاق واسع في مختلف مجالات الكيمياء الكهربية كمرجع قياسي لقياس الإمكانات الكهروكيميائية. يعتمد مبدأ عمل القطب الكهربي Ag / AgCl على مفهوم تفاعل نصف الخلية ، والذي يتضمن نقل الإلكترونات بين القطب الكهربائي والإلكتروليت.
رد فعل نصف خلية
يتكون القطب من سلك فضي مطلي بكلوريد الفضة ، يعمل كإلكتروليت. في هذه الحالة ، يعمل السلك الفضي كأنود ، بينما يعمل طلاء كلوريد الفضة كقطب سالب. عندما ينغمس القطب في محلول إلكتروليت ، يحدث تفاعل الأكسدة والاختزال ، حيث يتم تقليل كلوريد الفضة الموجود على سطح القطب لتكوين أيونات الفضة وأيونات الكلوريد.
رد فعل الأكسدة
تتفاعل أيونات الفضة بعد ذلك مع السلك الفضي لتكوين الفضة المعدنية ، بينما تبقى أيونات الكلوريد في الإلكتروليت. يخلق هذا التفاعل فرقًا في الجهد بين القطب الكهربائي والإلكتروليت ، والذي يمكن قياسه باستخدام مقياس الفولتميتر.
التطبيقات
تُستخدم الأقطاب المرجعية AgAgCl بشكل شائع في التجارب الكهروكيميائية ، مثل قياس الأس الهيدروجيني وتحديد إمكانات تقليل الأكسدة. كما أنها تستخدم في عمليات مختلفة ، مثل الطلاء الكهربائي للمعادن وإنتاج غاز الكلور. تجعل دقة وموثوقية الأقطاب الكهربائية المرجعية AgAgCl أداة أساسية في مجال الكيمياء الكهربائية ، حيث تزود الباحثين والعلماء بقياسات دقيقة ضرورية لفهم التفاعلات والعمليات الكيميائية.
تفاعل نصف الخلية من قطب Ag / AgCl
يستخدم قطب AgAgCl على نطاق واسع كقطب مرجعي في الدراسات الكهروكيميائية نظرًا لمرجعيته المستقرة والقابلة للتكرار. يعمل القطب الكهربائي AgAgCl على مبدأ تفاعل نصف الخلية ، حيث يتم اختزال أيونات الفضة (Ag +) إلى معدن الفضة (Ag) على سطح القطب ، بينما يتم إطلاق أيونات الكلور (Cl-) في المحلول.
يتم تمثيل تفاعل نصف الخلية لإلكترود AgAgCl على أنه Ag + + e- → Ag و Cl- → ½ Cl2 + e-. على سطح القطب ، يتم اختزال أيونات الفضة إلى معدن فضي بقبول إلكترون. يتم توفير هذا الإلكترون من خلال دائرة خارجية متصلة بقطب العمل. نتيجة لتفاعل الاختزال هذا ، يترسب معدن الفضة على سطح القطب الكهربائي.
من ناحية أخرى ، تتأكسد أيونات الكلور لتكوين غاز الكلور وإطلاق إلكترون. يتدفق هذا الإلكترون إلى الدائرة الخارجية ويكمل الدائرة. يحافظ إطلاق أيونات الكلور في المحلول على التوازن الأيوني للمحلول.
جهد نصف الخلية لإلكترود AgAgCl هو +0.197 فولت مقابل قطب الهيدروجين القياسي (SHE) عند 25 درجة مئوية. هذه الإمكانات هي نتيجة التوازن بين تفاعلات الأكسدة والاختزال التي تحدث على سطح القطب.
جهد القطب AgAgCl مستقل عن تركيبة المحلول ودرجة الحرارة. هذا يجعله قطبًا مرجعيًا مثاليًا لقياس إمكانات الأقطاب الكهربائية الأخرى في الدراسات الكهروكيميائية. يتم تعريف جهد القطب المرجعي على أنه الفرق بين جهد القطب الكهربائي للإلكترود العامل وإمكانات القطب الكهربائي للقطب المرجعي.
باختصار ، يتضمن تفاعل نصف الخلية لإلكترود AgAgCl اختزال أيونات الفضة إلى معدن الفضة وأكسدة أيونات الكلور لغاز الكلور. جهد القطب ثابت ومستقل عن تركيبة المحلول ودرجة الحرارة. هذا يجعله قطبًا مرجعيًا مثاليًا لقياس إمكانات الأقطاب الكهربائية الأخرى في الدراسات الكهروكيميائية.
كيفية اختيار حل الملء الصحيح
يعد اختيار محلول الملء للقطب المرجعي AgAgCl أمرًا بالغ الأهمية لضمان قياسات دقيقة وموثوقة. يعتمد ذلك على التطبيق المحدد ونوع العينة التي يتم قياسها والدقة والدقة المطلوبة. فيما يلي خطوات اختيار حل التعبئة المناسب:
الخطوة 1: النظر في العينة
الخطوة الأولى في اختيار حل الملء الصحيح هي النظر في العينة التي يتم قياسها. إذا كانت العينة تحتوي على أيونات الفضة ، فلا يوصى باستخدام إلكتروليت مرجعي يحتوي على أيونات الكلوريد. في مثل هذه الحالات ، يمكن استخدام إمكانات الوصلة السائلة لتوفير إمكانات مستقرة دون تعريض العينة لإلكتروليت مرجعي يحتوي على أيونات الكلوريد.
الخطوة الثانية: تحديد الدقة المطلوبة
الخطوة الثانية هي تحديد الدقة المطلوبة ودقة القياسات. يمكن أن تؤثر حلول التعبئة المختلفة على الاستقرار ووقت الاستجابة ودقة القياسات. على سبيل المثال ، في قياسات مياه البحر ، يفضل استخدام كلوريد البوتاسيوم بسبب تشابهه مع تركيز الكلوريد في مياه البحر. يستخدم كلوريد الصوديوم بشكل شائع في التطبيقات البيولوجية والبيئية بسبب توافقه البيولوجي وسميته المنخفضة. يستخدم كلوريد الكالسيوم في قياسات الإلكتروليتات المركزة ، لأنه يوفر قوة أيونية أعلى ويقلل من احتمالية التداخل من الأيونات الأخرى.
الخطوة 3: اختر حل الملء الصحيح
الخطوة الثالثة هي اختيار حل التعبئة المناسب بناءً على التطبيق المحدد ونوع العينة التي يتم قياسها. على سبيل المثال ، إذا كانت العينة عينة بيولوجية ، فيوصى باستخدام كلوريد الصوديوم. إذا كانت العينة عبارة عن عينة من مياه البحر ، فإن كلوريد البوتاسيوم هو الخيار المفضل. إذا كانت العينة عبارة عن إلكتروليت مركز ، يوصى باستخدام كلوريد الكالسيوم.
الخطوة 4: ضع في اعتبارك عوامل أخرى
يجب أيضًا مراعاة عوامل أخرى مثل درجة الحرارة ودرجة الحموضة وتركيز العينة عند اختيار محلول التعبئة المناسب. يجب ألا يتفاعل محلول الملء مع العينة أو يلوثها. يجب أن تكون معدلات انتشار كل من الكاتيونات والأنيونات الخاصة بالكهرباء في محلول الملء أقرب ما يكون إلى المساواة قدر الإمكان.
باختصار ، يتطلب اختيار حل الملء الصحيح للإلكترود المرجعي AgAgCl دراسة متأنية للتطبيق المحدد ونوع العينة التي يتم قياسها والدقة والدقة المطلوبة. يمكن استخدام جهد تقاطع سائل إذا كان لا يمكن تعريض العينة لإلكتروليت مرجعي يحتوي على أيونات الكلوريد. باتباع هذه الخطوات ، يمكن للباحثين والفنيين تحسين أداء القياسات الكهروكيميائية.
تطبيقات Ag / AgCl القطب في التحليل الكهروكيميائي
يعد القطب الكهربي Ag / AgCl أداة أساسية في التحليل الكهروكيميائي ، وتطبيقاته عديدة. إن الإمكانات المستقرة والقابلة للتكرار للقطب الكهربي تجعله الخيار المفضل للعديد من التجارب الكهروكيميائية. تتم مناقشة بعض تطبيقات أقطاب Ag / AgCl في التحليل الكهروكيميائي أدناه.
معايرة الجهد
تستخدم أقطاب Ag / AgCl على نطاق واسع في تجارب معايرة الجهد. يتم استخدامها لقياس تركيز مادة معينة في محلول. يتم استخدام القطب الكهربي Ag / AgCl كقطب مرجعي ، بينما يتم استخدام القطب العامل لقياس إمكانات المحلول. يتناسب فرق الجهد بين القطبين مع تركيز المادة التي يتم قياسها.
قطب كهربائي انتقائي للأيونات
تُستخدم الأقطاب الكهربائية الانتقائية للأيونات لقياس تركيز أيونات معينة في محلول. تستخدم أقطاب Ag / AgCl بشكل شائع كأقطاب مرجعية في تجارب القطب الكهربي الانتقائي للأيونات. وذلك لأن إمكانات القطب الكهربي Ag / AgCl مستقرة وقابلة للتكرار ، مما يجعلها نقطة مرجعية مثالية لقياس تركيز الأيونات.
قياس الأس الهيدروجيني
تستخدم أقطاب Ag / AgCl أيضًا بشكل شائع في تجارب قياس الأس الهيدروجيني. يتم استخدامها كأقطاب مرجعية ، بينما يتم استخدام قطب كهربائي كقطب كهربائي عامل. يتناسب فرق الجهد بين القطبين مع الأس الهيدروجيني للمحلول الذي يتم قياسه.
بحث بيئي
يستخدم القطب الكهربي Ag / AgCl على نطاق واسع في التحليل البيئي ، مثل مراقبة جودة المياه وتحليل التربة. يتم استخدامها لقياس تركيز الأيونات في المحلول ، مما قد يشير إلى وجود ملوثات أو ملوثات. إن الإمكانات المستقرة والقابلة للتكرار لإلكترود Ag / AgCl تجعله أداة مثالية للتحليل البيئي.
الصناعات الكيماوية والدوائية
في الصناعات الكيميائية والصيدلانية ، تُستخدم أقطاب Ag / AgCl لمراقبة تقدم التفاعلات الكيميائية وقياس تركيز مواد معينة في المحلول. كما أنها تستخدم للتحكم في درجة حموضة المحاليل أثناء التفاعلات الكيميائية.
في الختام ، يعتبر القطب الكهربي Ag / AgCl مكونًا حيويًا في التحليل الكهروكيميائي. إن إمكاناتها المستقرة والقابلة للتكرار تجعلها أداة أساسية للعديد من التجارب الكهروكيميائية. تطبيقات أقطاب Ag / AgCl واسعة النطاق ومتنوعة ، بما في ذلك في الصناعات الكيميائية والصيدلانية والغذائية ، وكذلك في التحليل البيئي.
مقارنة مع أقطاب مرجعية أخرى
يتميز القطب المرجعي AgAgCl بالعديد من المزايا مقارنة بالأنواع الأخرى من الأقطاب الكهربائية المرجعية ، بما في ذلك ثباته وقابليته للتكاثر وسهولة استخدامه. ومع ذلك ، فإن الأنواع الأخرى من الأقطاب الكهربائية المرجعية لها أيضًا مزاياها وقيودها.
قطب كالوميل مشبع (SCE)
SCE هو قطب مرجعي مستخدم على نطاق واسع يحتوي على نظام كلوريد الزئبق الزئبقي (Hg-Hg2Cl2) ، والذي يكون على اتصال بمحلول كلوريد البوتاسيوم المشبع (KCl). جهد القطب الكهربائي لـ SCE هو +0.242 فولت مقابل قطب الهيدروجين القياسي (SHE) عند 25 درجة مئوية. من المعروف أنه مستقر وقابل للتكرار وله مقاومة منخفضة. ومع ذلك ، فإن لها بعض العيوب ، مثل احتمالية التلوث بالزئبق ، والحاجة إلى التعامل بعناية بسبب سميته ، وحساسيته للتغيرات في درجات الحرارة.
قطب الهيدروجين القياسي (SHE)
SHE هو قطب كهربائي مرجعي يحتوي على قطب بلاتيني ملامس لمحلول 1 M HCl وضغط غاز الهيدروجين 1 atm. يتم تحديد جهد القطب الكهربائي لـ SHE على أنه 0 فولت في جميع درجات الحرارة. من المعروف أنه مستقر وقابل للتكرار وله إمكانات محددة جيدًا ، مما يجعله قطبًا مرجعيًا مثاليًا. ومع ذلك ، فإن لها بعض العيوب ، مثل صعوبة تحضير غاز الهيدروجين والحفاظ عليه والحاجة إلى قطب مرجعي منفصل لقياس إمكانات الخلية.
قطب كبريتات النحاس والنحاس
قطب كبريتات النحاس والنحاس هو قطب مرجعي يحتوي على سلك نحاسي ملامس لمحلول يحتوي على كبريتات النحاس. جهد القطب الكهربائي لقطب كبريتات النحاس والنحاس هو +0.339 فولت مقابل SHE عند 25 درجة مئوية. من المعروف أنه مستقر وقابل للتكرار وله مقاومة منخفضة. ومع ذلك ، فإن له بعض العيوب ، مثل احتمالية تلوث النحاس والحاجة إلى التعامل بعناية بسبب سميته.
قطب الأس الهيدروجيني
قطب الأس الهيدروجيني هو قطب مرجعي يقيس فرق الجهد بين قطب كهربائي زجاجي وقطب مرجعي. عادة ما يكون القطب المرجعي المستخدم في قياسات الأس الهيدروجيني عبارة عن قطب كالوميل مشبع أو قطب كلوريد الفضة والفضة. يستخدم قطب الأس الهيدروجيني لقياس الرقم الهيدروجيني للمحلول بدقة. ومع ذلك ، فإن لديها بعض القيود ، مثل حساسيتها للتغيرات في درجات الحرارة والحاجة إلى معايرة منتظمة.
بشكل عام ، يعتمد اختيار القطب المرجعي على المتطلبات المحددة للقياس وخصائص المحلول قيد الدراسة. القطب المرجعي AgAgCl هو قطب مرجعي يستخدم على نطاق واسع وله العديد من المزايا على الأنواع الأخرى من الأقطاب الكهربائية المرجعية ، بما في ذلك ثباته وقابليته للتكاثر وسهولة استخدامه. ومع ذلك ، فإن الأنواع الأخرى من الأقطاب الكهربائية المرجعية لها أيضًا مزاياها وقيودها.
الخلاصة وآفاق المستقبل
في الختام ، يستخدم القطب المرجعي Ag / AgCl على نطاق واسع في التحليل الكهروكيميائي بسبب إمكاناته المستقرة والقابلة للتكرار. إن تفاعل نصف الخلية للقطب الكهربي Ag / AgCl مفهوم جيدًا ، واختيار محلول الملء أمر بالغ الأهمية لأدائه. على الرغم من توفر أقطاب مرجعية أخرى ، يفضل القطب Ag / AgCl نظرًا لبساطته وتكلفته المنخفضة. في المستقبل ، قد تؤدي التطورات في علوم المواد وتكنولوجيا النانو إلى تطوير أقطاب مرجعية أكثر كفاءة وفعالية من حيث التكلفة للتحليل الكهروكيميائي.
اتصل بنا للحصول على استشارة مجانية
تم الاعتراف بمنتجات وخدمات KINTEK LAB SOLUTION من قبل العملاء في جميع أنحاء العالم. سيسعد موظفونا بمساعدتك في أي استفسار قد يكون لديك. اتصل بنا للحصول على استشارة مجانية وتحدث إلى أحد المتخصصين في المنتج للعثور على الحل الأنسب لاحتياجات التطبيق الخاص بك!
