포화칼로멜 전극

포화칼로멜 전극(SCE)은 원소 수은과 염화 수은(I) 사이의 반응을 바탕으로 한 기준 전극이다. 염화 은으로 된 전극으로 널리 대체되었지만 칼로멜 전극은 더욱 견고하다는 평판을 받고 있다. 수은과 염화 수은(I)에 접촉하는 수액상(HgCl₂₂, "calomel")은 물에 있는 염화칼륨의 포화 용액이다. 전극은 일반적으로 다공성 프리트를 통해 다른 전극이 담그는 용액에 연결된다. 이 다공성 프릿트는 소금다리다.

셀 표기법에서 전극은 다음과 같이 기록된다.

${\displaystyle {\ce {{Cl^{-}-}(4M) {Hg2Cl2}{Hg(l)}Pt}}$

전기분해 이론

용해성 제품

전극은 리독스 반응을 기반으로 한다.

${\displaystyle {\ce {Hg2^2+ + 2e^- <=>2Hg(l)}},\qquad {\ce {with}{{\ce {Hg2^2+/Hg}}^{0}=+0.80\{\ce {V}}}}}}}$

${\displaystyle {\ce {Hg2Cl2 + 2e^-}=<=> 2Hg(l) + 2Cl^-}},\qquad {\ce {\with}\ce{{Hg2Cl2/Hg, Cl-}}^{0}=+0.27\{\}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}$

반작용은 다음과 같은 반응과 균형을 이룰 수 있다.

미터 수은주 22++2당분이나 지방 말고도 −+2미터 수은주(나는)미터 수은주 2당분이나 지방 말고도 2⇀− − ↽(s)+2미터 수은주(나는), E미터 수은주 2과 당분이나 지방 말고도 2/미터 수은주 22+, 당분이나 지방 말고도 − 0-+0.53V{\displaystyle{\ce{Hg2^2++2Cl^-+2Hg(나는)<>=>, Hg2Cl2(s)+2Hg(나는)}},\qquad}\quad E_{{\ce{Hg2Cl2/Hg2^2+, 당분이나 지방 말고도{\ce{과}.$-}}^{0}=+0.53\{\ce {V$

용해성 제품의 평형 상수로 강수 반응으로 단순화할 수 있다.

${\displaystyle {\ce {Hg2^2+ + 2Cl^- <=> Hg2Cl2(s)}},\qquad K_{sp}=a_{{\ce {Hg2^2+}}}a_{{\ce {Cl-}}}^{2}=[{\ce {Hg2^2+}}]\cdot [{\ce {Cl-}}]^{2}}$

이러한 반작용에 대한 네른스트 방정식은 다음과 같다.

${\displaystyle {\displaysty}E_{{\frac {1}{1}:{2}}: {\ce {cathode}}&=E_{{{\ce {Hg_2^2+/Hg}}^{0}-{\frac {RT}{2}{2}}{2}}}F}}\ln {\frac {1}{a_{{\ce {Hg2^2+}}}}\qquad &{\text{in}}{{\ce {Hg2^2+/Hg}}^{0}=+0.80\{\ce {V}}.\E_{\frac {1}{1}:{2}}: {\ce {anode}}&=E_{{{\ce {Hg2Cl2/Hg,Cl-}}^{0}-{\frac {RT}{2}{2}F}}\ln a_{{\ce {Cl-}}^{2}\qquad &{\text{{}}}{{{\ce {Hg2Cl2/Hg, Cl-}}^{0}=+0.27\{\ce {V}}.\\end{case}}$

균형 반응을 위한 네른스트 방정식은 다음과 같다.

${\displaystyle {\reasoned}E_{{\ce {cell}}&=E_{\frac {1}{1}:{2}}:{\ce {cathode}}-E_{\frac {1}{1}:{1}{\ce {anode}}\&=E_{{\ce {Hg2Cl2/Hg2^2+, Cl-}^{0}-{\frac {RT}{2}F}}\ln {\frac {1}{{\ce {[Hg2^2+]}}}}}\cdot {\ce {[Cl^-]}}^{2}}}\&=E_{{\ce {Hg2Cl2/Hg2^2+, Cl-}^{0}-{\frac {RT}{2}F}}\ln {\frac {1}{K_{sp}}}\qquad {\text{in}{{{}}\ce {Hg2Cl2/Hg2^2+, Cl-}^{0}^{0}=+0.53\\\ce{{v}}}}}}}}}}정렬}}}}}}}}}$

여기서 E는⁰ 반응에 대한 표준 전극 전위이고 a는_Hg 수은 양이온에 대한 활동이다(1 Molar의 액체에 대한 활성도는 1이다.

평형상태에서,

${\displaystyle \mathrm{\Delta }}$ ${\displaystyle G}$=${\displaystyle \mathrm{-n}}$ ${\displaystyle F}$ ${\displaystyle E}$= 0 ${\displaystyle J\mathrm{}/m\mathrm{}}$ ${\displaystyle \mathrm{o}}$ l ${\$또는 동등하게 $E{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {\text{cell}}_{}}$= ${\displaystyle 0}$ ${\displaystyle \text{V}\mathrm{}}$ ${\$

이 평등은 우리가 용해성 제품을 찾을 수 있게 해준다.

${\displaystyle E_{\text{cell}}=E_{{\ce {Hg2Cl2/Hg2^2+, Cl-}^{0}-{\frac {RT}{2}F}}\ln {\frac {1}{{\ce {[Hg2^2+]}}}}\cdot {\ce {[Cl^-]}}:{2}}:=+0.53+{\frac {RT}{2}{2}F}}\ln {K_{sp}=0\{\ce {V}}$

${\displaystyle {\begin{aigned}\ln {K_{sp}&=-0.53\cdot {\frac {2F}{RT}\\K_{sp}&=e^{-0.53\cdot{\frac {2F}{RT}}\\&=[{\ce {Hg2^2+}}]\cdot[{\ce {Cl-}}}^{2}=1.184\time 10^{-18}\ended}}}}}}}$

염화 이온의 고농도로 인해 수은 이온${\displaystyle {\text{Hg}}_{}^{}}$ ${\displaystyle {\mathrm{}}_{}^{}}$+ ${\displaystyle {}_{}^{}}$ ${\$의 농도가 낮다. 이것은 사용자들과 다른 수은 문제들에 대한 수은 중독의 위험을 감소시킨다.

SCE 전위

${\displaystyle {\ce {Hg2Cl2 + 2e- <=> 2Hg(l) + 2Cl^-},\qquad {\ce {\ce {\with}\quad E_{{\ce {Hg2Cl2/Hg, Cl-}}^{0}=+0.27\{\}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}$

${\displaystyle {\reasoned}E_{{\frac {1}{1}:{2}}: {\ce {SCE}}&=E_{{{\ce {Hg2Cl2/Hg,Cl-}}^{0}-{\frac {RT}{2}{2}F}\ln a_{{\cl-}}^{2}\\&=+0.27-{\frac {RT}{F}\ln[{\ce {Cl-}}]\end{정렬}}}$

이 방정식에서 유일한 변수는 염화 음이온의 활성(또는 농도)이다. 이후 내부 해결책 염화 칼륨이 가득 차있다 하지만, 이 활동 염화 칼륨의 용해도,:.mw-parser-output .sfrac{white-space:nowrap}.mw-parser-output.sfrac.tion,.mw-parser-output.sfrac .tion{디스플레이:inline-block, vertical-align:-0.5em, font-size:85%;text-align:센터}.mw-parser-output.sfrac .num에 의해 고정되어 있다.,.mw-parser-output.sfrac .den{디스플레이:블록, line-height:1em, 마진:00.1em}.mw-parser-output.sfrac .den{border-top:1px 고체}.mw-parser-output .sr-only{국경:0;클립:rect(0,0,0,0), 높이:1px, 마진:-1px, 오버 플로: 숨어 있었다. 패딩:0;위치:절대, 너비:1px}342 g/L/74.5513 g/mol)4.587 M@ 20°C. 이를 통해 SCE는 +0.248V의 전위를 얻을 수 있다. 20°C 및 +0.244V에서의 SHE 25 °C에서 SHE,^[1] 그러나 염화물 용액이 포화도 이하일 때 약간 더 높다. 예를 들어 3.5M KCl 전해질 용액은 +0.250V의 증가된 기준 전위를 가지고 있다. 1 M 용액은 동일한 온도에서 +0.283 V의 전위를 가지는 반면, 25°C에서는 SHE가 된다.

적용

SCE는 pH 측정, 주기적 전압측정 및 일반 수용성 전기화학에 사용된다.

이 전극과 염화 은/은 기준 전극은 동일한 방식으로 작동한다. 두 전극에서 금속 이온의 활성도는 금속 소금의 용해도에 의해 고정된다.

칼로멜 전극에는 수은이 포함되어 있어 Ag/AgCl 전극에 사용되는 은금속보다 훨씬 더 큰 건강상의 위험을 야기한다.

참고 항목

• 주기적 전압측정법
• 표준 수소 전극
• 표준 전극 전위 표
• 기준 전극

참조

• Banus MG (June 1941). "A Design for a Saturated Calomel Electrode". Science. 93 (2425): 601–602. doi:10.1126/science.93.2425.601-a. PMID 17795970.