はじめに
標準水素電極から形成されたセルと、必要な電位を有する別の電極との間の電圧または電位差は、電極電位です。
これは、荷電粒子の輸送と極性分子の吸着による、電極表面上のポイントと電解質バルク内のポイントとの間の電位差です。希ガスを除いて、すべての物質は電子を獲得または失う傾向があります。したがって、科学界は、電極電位を理解するために、酸化電位と還元電位という 2 つの重要な原則を導入しています。
酸化電位
- 被験物質の酸化および還元バージョンの水溶液を含む半電池と、標準的な水素半電池との間の電位差を使用して、酸化電位を測定します。
- たとえば、Fe2+ → Fe3+ + e−の場合、Eθ =0.77、Mn2+ → Mn3+ + e−の場合、Eθ =1.51 です。
- 酸化電位が低下するにつれて、還元型のカップル (Fe2+ など) は、酸化電位の高いカップル (Mn3+ など) の酸化型を低下させます。
- これらの制御された条件下で得られる酸化電位は、標準電極電位または場合によっては標準還元電位です。
削減の可能性
- 化学種が電極から電子を獲得または喪失し、還元または酸化される傾向は、酸化還元電位 (酸化/還元電位とも呼ばれます) によって測定されます。酸化還元電位は、ボルト (V) またはミリボルト (mV) で測定されます。
- それぞれの種には、酸化還元の可能性があります。たとえば、電子に対する親和性が高く、還元電位が高いほど、正の値になります (還元電位は、電気化学の一般的な形式により使用されます)。
電極電位の応用
電極電位はさまざまな目的に使用できます:
- 腐食に関連する化学反応または電気化学反応を予測できます。
- 反応を制御するための化学物質と機器を選択するために使用されます。
- 隙間やピットの電極電位を調べて反応を制御するので、隙間腐食や孔食の研究に役立ちます。
- 電極の電位は、腐食反応の予測因子として使用できます。保護メカニズムは、潜在的な保護範囲内にある場合に有効です。
標準電極電位
- 電気化学によると、標準電極電位は、標準圧力で左側の電極で水素分子が溶媒和プロトンに酸化される標準起電力 (起電力) の値です。
- 元素または化合物の還元力の測定値です。ガルバニ電池などの電気化学電池は、多くの場合、陽極での酸化 (電子損失) と陰極での還元 (電子獲得) の 2 つに分割できるレドックス反応に基づいています。電解質に関連する 2 つの金属電極の個々の電位間の電位差により、電気が生成されます。
電気化学シリーズ
- 電極電位値が増加する順序で要素がグループ化される順序は、電気化学級数によって記述されます。このシリーズは、いくつかの電極の電位を標準水素電極 (SHE) の電位と比較することによって作成されました。通常、標準水素電極は常にゼロ電圧です。
- 還元半反応の場合、正の E° 値を持つ電極は SHE に対してカソードとして機能し、負の E° 値を持つ電極は SHE に対してアノードとして機能します。電気化学系列を下の表に示します。セルの標準状態の電位は、標準状態の条件であり、1 リットルあたり 1 モル (1 M) の濃度と摂氏 25 度での 1 気圧で概算されます。
[カリウム] (最も反応性の高い金属)
ナトリウム Na
カルシウム
マグネシウム Mg
アルミニウム Al
亜鉛 ↓
鉄 Fe
すず Sn
リード Pb
[水素] [H]
銅 Cu
マーキュリー
シルバー Ag
金 （最も反応性の低い金属）
電気化学シリーズの応用
電気化学系列の主な用途は次のとおりです。
- 強みの酸化と還元
- 変位反応。
- 金属の酸からの水素ガスの放出:予測
- 酸化還元反応の実現可能性を予測する
- セルの EMF の計算。
- 金属反応性が比較されます。
結論
ボルト (V) で測定される電極間の電位差は、電極を構成する化合物によって決まります。任意の電気セルの全電位は、2 つの電極での反応によって生成される電位の合計です:EMF 酸化 + EMF 還元 =EMF セル。起電力 (EMF) は、電位の別の用語です。電極の電位は、電子の流れの方向 (電極がセル内でカソードまたはアノードとして機能しているかどうか) によって決まります。また、電解質の濃度と温度対圧力にも左右されます。
