مقدمة في الأقطاب الكهربائية المرجعية
القطب المرجعي هو قطب كهربائي ذو إمكانات مستقرة ومحددة جيدًا تُستخدم كنقطة مرجعية لقياس إمكانات الأقطاب الكهربائية الأخرى. تستخدم الأقطاب المرجعية بشكل شائع في التجارب الكهروكيميائية لتحديد فرق الجهد بين قطبين. هناك أنواع مختلفة من الأقطاب المرجعية المتاحة ، بما في ذلك الأقطاب المرجعية المائية وغير المائية. تُستخدم الأقطاب الكهربائية المرجعية المائية في المحاليل المائية ، وتستخدم الأقطاب المرجعية غير المائية في المحاليل غير المائية. يعد القطب المرجعي Ag / AgCl أحد أكثر الأقطاب المرجعية شيوعًا ، وهو سهل الصنع وله إمكانات ثابتة.
جدول المحتويات
أنواع الأقطاب الكهربائية المرجعية
هناك أنواع مختلفة من الأقطاب الكهربائية المرجعية المتاحة للتجارب الكهروكيميائية. يعد فهم الاختلافات بين هذه الأقطاب الكهربائية أمرًا بالغ الأهمية لضمان دقة القياسات.
أقطاب مرجعية مائية
يشيع استخدام الأقطاب الكهربائية المرجعية المائية وتشمل الأنواع التالية:
- قطب هيدروجين قياسي
- قطب هيدروجين عادي
- قطب كالوميل مشبع
- قطب هيدروجين عكسي
- قطب كلوريد الفضة
- قطب كبريتات النحاس والنحاس
- قطب PH
- قطب هيدروجين ديناميكي
- قطب البلاديوم والهيدروجين
أقطاب مرجعية غير مائية
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. القطب المرجعي غير المائي الأكثر شيوعًا هو القطب شبه المرجعي ، والذي يتم تصنيعه حديثًا لأي تجربة معينة. لا تحافظ الأقطاب الكهربائية المرجعية الزائفة على إمكاناتها. لكي يستخدم المرء هذا النوع من القطب المرجعي ، يجب معرفة الظروف المؤثرة وحسابها.
بناء أقطاب مرجعية خاصة
صنع القطب المرجعي الخاص بك هو حل فعال من حيث التكلفة. أحد أكثر الأنواع شيوعًا هو قطب كلوريد الفضة / الفضة ، والذي يمكن تصنيعه بسهولة باستخدام سلك فضي ومحلول من كلوريد الصوديوم. خيار آخر هو قطب الكالوميل المشبع ، والذي يتطلب استخدام الزئبق وكلوريد البوتاسيوم وحمض الهيدروكلوريك. يمكن صنع نوع ثالث ، وهو Ag / AgBr الكهربائي ، عن طريق طلاء سلك فضي ببروميد الفضة في وجود ضوء الشمس.
الأقطاب المرجعية المتاحة تجارياً
أخيرًا ، هناك أقطاب كهربائية مرجعية متاحة تجارياً تعلن عن نفسها على أنها "لا تسرب" وهي مناسبة للعديد من التطبيقات غير المائية. يجب على المستخدمين اختبارها في ظل ظروف الخلية الخاصة بهم قبل قبولها للاستخدام الروتيني. يجب أن يدركوا أيضًا أن العديد من المواد التي تشكل جسم القطب المرجعي قد لا تصمد جيدًا في المذيب المختار.
من خلال فهم الأنواع المختلفة من الأقطاب الكهربائية المرجعية المتاحة ، يمكن للمرء اتخاذ قرار مستنير بشأن نوع القطب المرجعي المناسب لتطبيقها. بغض النظر عن نوع القطب المرجعي المستخدم ، من المهم التأكد من معايرته بشكل صحيح قبل الاستخدام لضمان قياسات دقيقة. بالإضافة إلى ذلك ، من المهم ملاحظة أن الأقطاب الكهربائية المرجعية يمكن أن تتحلل بمرور الوقت وقد تحتاج إلى استبدالها بشكل دوري للحفاظ على الدقة.
أقطاب مرجعية مائية
بالنسبة للعلماء والباحثين العاملين في مجال الكيمياء الكهربائية ، تعتبر الأقطاب الكهربائية المرجعية أدوات أساسية للقياسات الدقيقة والبيانات الموثوقة. القطب المرجعي هو قطب كهربائي له إمكانات قطب مستقرة ومعروفة. يتكون التفاعل الكيميائي الكلي الذي يحدث في الخلية من تفاعلين نصفين مستقلين ، يصفان التغيرات الكيميائية في القطبين. للتركيز على التفاعل في القطب العامل ، يتم توحيد القطب المرجعي بتركيزات ثابتة (مخزنة أو مشبعة) لكل مشارك في تفاعل الأكسدة والاختزال.
تستخدم الأقطاب الكهربائية المرجعية المائية على نطاق واسع في التجارب الكهروكيميائية. تشمل الأقطاب المرجعية الشائعة قطب الهيدروجين القياسي (SHE) ، وقطب الهيدروجين العادي (NHE) ، وقطب الهيدروجين العكسي (RHE) ، وقطب كالوميل المشبع (SCE) ، وقطب كبريتات النحاس (II) ، وقطب كلوريد الفضة ، وقطب كلوريد الفضة ، ودرجة الحموضة. - القطب الكهربائي ، قطب البلاديوم-الهيدروجين ، قطب الهيدروجين الديناميكي (DHE) ، قطب كبريتات الزئبق الزئبقي (MSE).
قطب كلوريد الفضة
القطب المرجعي Ag / AgCl هو المرجع الأكثر استخدامًا في التحليل الكهروكيميائي. يتكون من سلك فضي مع غمس كلوريد الفضة ، محاط بإلكتروليت ملح (يمكن أن يكون محلول أو هلام). عادة ما يكون الملح عبارة عن كلوريد البوتاسيوم (KCl) ، والذي تم تشبعه بكلوريد الفضة لضمان عدم تجريد كلوريد الفضة. 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 وغير ذلك.
Ag / AgCl مبدأ عمل القطب المرجعي
يعتمد هذا القطب على تفاعل نصف الخلية التالي: AgCl + e- <-> Ag + + Cl-. يوفر القطب المرجعي Ag / AgCl 199mV (± 5mV) مقابل قطب هيدروجين عادي إذا كان محاطًا بمحلول KCl / AgCl المشبع المقاس عند 25 درجة مئوية. تُستخدم أقطاب الهيدروجين كمعيار نظري أكثر من استخدامها عمليًا عبر المختبرات ، لذلك غالبًا ما يتم فحص الأقطاب الكهربائية المرجعية مقابل أقطاب أخرى بنفس النظام المرجعي ، أو مقابل مراجع أخرى ذات إمكانات معروفة تتوفر لها بيانات.
كيف تصنع القطب المرجعي المائي الخاص بك
في حين أن الأقطاب الكهربائية المرجعية التجارية متاحة بسهولة ، فإن صنع قطب مرجعي مائي خاص بك يمكن أن يكون تجربة مجزية وفعالة من حيث التكلفة. لصنع القطب المرجعي الخاص بك ، ستحتاج إلى بعض المواد الأساسية ، بما في ذلك سلك أو قضيب فضي ، وسلك Ag / AgCl ، وأنبوب زجاجي ، وجسر ملح. الخطوة الأولى هي تحضير السلك الفضي بتنظيفه بالحمض وتلميعه باستخدام قطعة قماش أو وسادة تلميع. بعد ذلك ، أدخل السلك الفضي في الأنبوب الزجاجي ، تاركًا جزءًا صغيرًا مكشوفًا. بعد ذلك ، قم بتوصيل سلك Ag / AgCl بالجزء المكشوف من السلك الفضي باستخدام إيبوكسي فضي أو مادة لاصقة موصلة. أخيرًا ، املأ الأنبوب الزجاجي بمحلول KCl وقم بتوصيل جسر الملح بسلك Ag / AgCl. القطب المرجعي المائي منزلي الصنع جاهز الآن للاستخدام في تجاربك الكهروكيميائية.
ميزات واعتبارات لاختيار قطب مرجعي
عند اختيار قطب مرجعي ، من المهم مراعاة عدة عوامل ، بما في ذلك التوافق مع العينة التي يتم قياسها ، واستقرار الجهد ، ووقت الاستجابة ، ونطاق درجة الحرارة ، والتركيب الكيميائي للعينة. هناك العديد من الخيارات المتاحة للأقطاب المرجعية ، بما في ذلك الأقطاب المرجعية المنفصلة مثل Calomel المشبع (Hg / HgCl) و Ag / AgCl و Cu / CuSO4 و Hg / HgSO4 و Hg / HgO. تحتوي الأقطاب الكهربائية ذات الوصلات المزدوجة على حجرة سفلية تحتوي على إلكتروليت يختلف عن المنحل بالكهرباء في الغرفة المرجعية العلوية. هذا يسمح بتخصيص التركيب الكيميائي للكهارل في الغرفة السفلية لتتناسب مع العينة.
أقطاب مرجعية غير مائية
في التجارب الكهروكيميائية ، تعتبر الأقطاب الكهربائية المرجعية ضرورية لأنها توفر إمكانات مستقرة وموثوقة يمكن من خلالها قياس الأقطاب الكهربائية الأخرى. تتوفر الأقطاب الكهربائية المرجعية التجارية بسهولة ، ولكن في بعض الحالات ، من الممكن أيضًا صنع قطب مرجعي غير مائي خاص بك باستخدام مواد بسيطة.
مشاكل مع الأقطاب الكهربائية المرجعية المائية
في حين أن قطب الكالوميل المشبع (SCE) والأقطاب المرجعية Ag / AgCl مستقرة وتوفر إمكانات نصف خلية ثابتة ، فهي أقطاب مائية تعتمد على المحاليل المائية المشبعة. لا ينصح باستخدام هذه الأقطاب الكهربائية المرجعية المائية مع أنظمة غير مائية حيث أن الإمكانات المقاسة في مذيبات مختلفة لا يمكن مقارنتها بشكل مباشر. علاوة على ذلك ، فإن احتمال Fc0 / + الزوجين حساس للمذيب.
القطب شبه المرجعي (QRE)
قطب شبه مرجعي (QRE) يتجنب المشكلات المذكورة أعلاه. إنه مثالي للعمل غير المائي ويستخدم فيروسين أو معيار داخلي آخر ، مثل الكوبالتوسين أو ديكاميثيل فيروسين ، المشار إليه مرة أخرى بالفيروسين. منذ أوائل الستينيات ، اكتسب الفيروسين قبولًا كمرجع معياري للعمل غير المائي لعدة أسباب. يعد إعداد القطب الكهربي QRE أمرًا بسيطًا ، مما يسمح بإعداد مرجع جديد مع كل مجموعة من التجارب. نظرًا لأن QREs مصنوعة طازجة ، فلا يوجد قلق أيضًا من التخزين أو الصيانة غير الصحيحة للقطب الكهربي. كما أن QREs ميسورة التكلفة أكثر من الأقطاب الكهربائية المرجعية الأخرى.
القطب المرجعي الزائف
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 قطب المرجع الزائف. أبسط قطب مرجعي زائف هو سلك معدني ، مثل البلاتين ، يتم إدخاله مباشرة في محلول التحليل. سيتم تطوير إمكانات مرجعية ترجع بشكل صارم إلى تكوين هذا الحل. على الرغم من أن هذه الخلية النصفية ستوفر إمكانات مرجعية ثابتة أثناء تجربة واحدة ، فإن أي تغييرات في حل الخلية ستؤدي إلى تغيير في الإمكانات المرجعية. من الممارسات المقبولة عند استخدام مثل هذا المرجع أن يتم إضافة مركب الأكسدة والاختزال المرجعي الداخلي مع إمكانات محددة جيدًا ، مثل الفيروسين (بشكل عام في نهاية التجربة) ، وتعديل الإمكانات التجريبية المرصودة وفقًا للإمكانيات المعروفة للمعيار.
في الختام ، تعتبر الأقطاب المرجعية غير المائية ضرورية للقياسات المحتملة الدقيقة أثناء التفاعلات الكهروكيميائية. القطب شبه المرجعي والإلكترود المرجع الزائف خياران متاحان للكيمياء الكهربية غير المائية. يعتبر القطب شبه المرجعي مثاليًا لأنه يسمح بإعداد مرجع جديد مع كل مجموعة من التجارب وهو أكثر تكلفة من الأقطاب الكهربائية المرجعية الأخرى. القطب المرجعي الزائف هو أيضًا خيار قابل للتطبيق ، ولكن أي تغييرات في محلول الخلية ستؤدي إلى تغيير في الجهد المرجعي.
صنع القطب المرجعي Ag / AgCl الخاص بك
لقياس فرق الجهد بدقة بين قطب العمل والحل الذي يتم اختباره في التجارب الكهروكيميائية ، يلزم وجود قطب كهربائي مرجعي. أحد الأقطاب المرجعية الشائعة الاستخدام في الكيمياء الكهربائية هو القطب المرجعي Ag / AgCl. لحسن الحظ ، من السهل نسبيًا إنشاء قطب مرجعي Ag / AgCl الخاص بك باستخدام بعض المواد البسيطة.
المواد المطلوبة
- سلك فضي
- حامض الهيدروكلوريك
- كلوريد الصوديوم
- أنبوب زجاجي
- كلوريد البوتاسيوم
تنظيف السلك الفضي
للبدء ، يجب عليك أولاً تنظيف السلك الفضي بمحلول مخفف من حمض الهيدروكلوريك ، ثم الشطف بالماء المقطر. سيضمن ذلك عدم وجود ملوثات على السلك الفضي قد تؤثر على دقة تجاربك الكهروكيميائية.
تشكيل طبقة من AgCl على السطح
بعد ذلك ، اغمر السلك الفضي في محلول حمض الهيدروكلوريك وكلوريد الصوديوم لتشكيل طبقة من AgCl على السطح. يمكن تحقيق ذلك عن طريق توصيل السلك الفضي بالبطارية وغمره في حمض الهيدروكلوريك ومحلول كلوريد الصوديوم. سيؤدي ذلك إلى طلاء السلك الفضي بطبقة AgCl.
إنشاء قطب مرجعي مستقر وموثوق
أخيرًا ، قم بإغلاق سلك Ag / AgCl في أنبوب زجاجي مملوء بمحلول مشبع من كلوريد البوتاسيوم. سيؤدي ذلك إلى إنشاء قطب كهربائي مرجعي مستقر وموثوق لتجاربك الكهروكيميائية. من المهم ملاحظة أن جهد القطب الكهربائي للإلكترود المرجعي Ag / AgCl يمكن أن يتأثر بتركيز أيونات الكلوريد في المحلول ، لذلك يوصى باستخدام محلول مشبع من كلوريد البوتاسيوم كإلكتروليت.
من خلال صنع القطب المرجعي الخاص بك ، يمكنك توفير المال والتحكم بشكل أكبر في جودة تجاربك. من السهل صنع القطب المرجعي Ag / AgCl الخاص بك باستخدام بعض المواد البسيطة والتقنية الصحيحة.
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!
