18.7: 濃淡電池

酸化還元反応の細胞電位は、反応物と生成物の濃度に大きく依存します。

セル電位が1.03ボルトの標準条件下での洋白ガルバニックセルを考えてみましょう。ただし、濃度の変化は、細胞電位を増減する可能性があります。

濃度勾配が2つの異なるハーフセルのセル電位に影響を与える場合、それを使用して同一のハーフ反応を持つ電気化学セルを構築できますか?

2つの同一の銀電極を持ち、それぞれが異なる濃度の銀イオンを含む溶液に入れられたガルバニックセルを考えてみましょう。このセットアップは、濃縮セルと呼ばれます。

ル・シャトリエの原理に従い、濃度勾配は、イオン濃度の低いハーフセルからイオン濃度の高いハーフセルへの電子の流れを自発的に駆動します。したがって、銀電極が酸化されて銀イオンを形成するより希薄なセルでは酸化が起こりますが、より濃縮されたセルでは、銀イオンは固体銀に還元されます。

したがって、濃縮セルの細胞電位は、選択した酸化還元試薬の濃度差によってのみ決定され、ネルンスト式を使用して計算できます。

2つのハーフセルのイオン濃度が等しくなると、濃度セルは平衡状態に達し、その電位はゼロになります。この時点で、セルは「デッド」と発音されます。

pHメーターは、濃縮セルと同じ原理で作動し、溶液の酸性度または塩基性度を測定します。

pHメーターのガラス電極には、既知の濃度の水素イオンの溶液が充填されています。水素イオン濃度の異なる溶液に浸漬すると、ガラスの両側に測定可能な電位差が形成され、サンプルのpHを決定するために使用されます。

外部の水素イオン濃度が電極の内部よりも高い場合、測定される電位差は大きくなります。これは、溶液が酸性で、pH値が7未満であることを意味します。

両側の水素イオン濃度が等しいと、電位差はゼロになります。したがって、測定された溶液は中性です。外側の水素イオン濃度が低いと、電位差が小さくなり、pH値が7を超える塩基性溶液になります。