Подготовка электродов для электрохимических измерений

Электродами называют части проводников гальванической цепи, погруженные в вещества (электролиты), подвергаемые действию электрического тока. Электроды делают чаще всего из твердых, проводящих ток веществ, т. е. из металла или угля. Жидкие электроды встречаются нередко в лабораторной и заводской практике, примером чему могут служить ртутные электроды, а также электроды из других расплавленных металлов. Термин электрод предложен Фарадеем, чтобы им заменить для частных случаев более общий термин «полюсы». Отсюда следует, что характер электрода может быть положительного полюса; такой электрод Фарадей назвал анодом, а электрод характера отрицательного полюса получил название катода. В зависимости от тех химических превращений, которые совершаются при прохождении тока на границе электрод/электролит, электроды бывают обратимые и необратимые. Границу эту принято графически обозначать вертикальной чертой, как и вообще границу двух веществ, на которой могут развиваться электровозбудительные силы.

Обратимым электродом называют такой, у которого в месте соприкосновения электрода с электролитом при перемене направления тока совершается химическое прекращение, как раз обратное тому, что совершалось при первоначальном направлении тока. Электроды, не удовлетворяющие этому требованию, носят название необратимых. Пример обратимого электрода: тяжелый металл (медь цинк, кадмий и др.), погруженный в раствор соли того же металла. Кроме качественных требований, обратимый электрод часто должен удовлетворять количественным требованиям. Такой случай наблюдается для газо-платиновых электродов, т. е. для платины, погруженной частью в раствор электролита, частью же в атмосферу газа, выделяющегося при электролизе, хотя бы, например, в атмосферу водорода. Если сила обратного тока будет такова, что у водород – платинового анода будет происходить только растворение водорода, но не будет выделения кислорода, такой электрод обратим для водород – платинового катода. Обратимые металлические или газо – металлические электроды носят название электродов первого рода. Электроды первого рода обратимы для катионов Сu²⁺, Zn²⁺, Cd²⁺, H⁺ и т. д., а газо – металлические — для, Сl^- и др. Электроды второго рода являются обратимыми для анионов Сl^-, Вr^-, I^- и др. На существование обратимости в этих электродах было впервые указано Нернстом, он же дал и теорию этих электродов. Они представляют металлы, покрытые слоем нерастворимых солей этих металлов, погруженные в раствор соли с тем же анионом, как и у нерастворимой соли. Примером может служить ртутный электрод, покрытый слоем каломели (Hg₂Cl₂), или серебряный электрод, покрытый слоем хлористого серебра (AgCl), погруженные в раствор хлористого калия. При прохождении тока в одном направлении, когда электрод является анодом, выделяющийся ион хлора, соединяясь с металлом электрода, образует нерастворимую соль, т. е. как бы хлор «осаждается током на электроде»; когда же электрод становится катодом, хлор нерастворимой соли переходит в раствор. Эта качественная сторона явлений не дает, конечно, полной картины происходящих процессов и говорит о том, что в таком электроде хлор является как бы металлом, отличающимся только знаком электричества его иона, что важно только для общей характеристики явления. Теория же явления, дающая точное представление, основана на химическом взаимодействии веществ у электрода. Еще сложнее теория обратимых электродов 3-го рода. Эти электроды предложены Лютером, как обратимые для металлов, выделяющих водород из воды. Электроды 3-го рода состоят из металла, контактирующего с двумя труднорастворимыми солями. В результате электрохимической реакции на электроде менее растворимая соль превращается в более растворимую, а потенциал электрода определяется термодинамической активностью катионов более растворимой соли.

Форма и величина электродов бывает самая разнообразная, в зависимости от тех требований, которым они должны удовлетворять. Существенной для электрода является та его поверхность, через которую ток попадает в электролит [48].

Исходное состояние поверхности электрода во многих случаях сказывается на его коррозионно – электрохимическом поведении не менее сильно, чем составы металлов, растворов и других основных условий эксперимента, поэтому выбор способа предварительной подготовки поверхности исследуемого электрода является одним из решающих факторов при электрохимических измерениях. Применяя исходную обработку поверхности стремятся прежде всего исключить влияния царапин, вмятин, остатков окалины и других загрязнений, неравномерной шероховатости, различия качества поверхности исследуемых материалов и т.п., что приближает видимую поверхность к истинной. Выбранный способ подготовки должен обеспечить достаточную воспроизводимость опытных данных. Перед началом эксперимента рабочая поверхность электрода отшлифовывалась наждачной бумагой различной зернистости, полировалась, обезжиривалась этиловым спиртом, а затем промывалась дистиллированной водой. Перед исследованием измеряли площадь поверхности электрода. Электроды готовились из  арматурной стали Ст.85 класса ВР-II.

Рабочую поверхность стального стержня S рассчитывают после снятия поляризационной кривой по формуле

S=2πr l +πr²

где r – радиус стального стержня, cм;

l – рабочая длина стального стержня, cм.