Introduction aux électrodes de référence
Une électrode de référence est une électrode avec un potentiel stable et bien défini qui sert de point de référence pour mesurer le potentiel d'autres électrodes. Les électrodes de référence sont couramment utilisées dans les expériences électrochimiques pour déterminer la différence de potentiel entre deux électrodes. Il existe différents types d'électrodes de référence disponibles, y compris des électrodes de référence aqueuses et non aqueuses. Les électrodes de référence aqueuses sont utilisées dans les solutions aqueuses et les électrodes de référence non aqueuses sont utilisées dans les solutions non aqueuses. L'une des électrodes de référence les plus couramment utilisées est l'électrode de référence Ag/AgCl, qui est simple à fabriquer et a un potentiel stable.
Table des matières
Types d'électrodes de référence
Il existe différents types d'électrodes de référence disponibles pour les expériences électrochimiques. Comprendre les différences entre ces électrodes est essentiel pour garantir des mesures précises.
Électrodes de référence aqueuses
Les électrodes de référence aqueuses sont couramment utilisées et comprennent les types suivants :
- Électrode à hydrogène standard
- Électrode à hydrogène normale
- Électrode au calomel saturé
- Électrode à hydrogène réversible
- Électrode de chlorure d'argent
- Électrode cuivre-sulfate de cuivre
- Électrode pH
- Électrode à hydrogène dynamique
- Électrode palladium-hydrogène
Électrodes de référence non aqueuses
Pour les expériences électrochimiques non aqueuses, une électrode de référence peut être facilement fabriquée à partir de compartiments d'électrodes de référence en verre disponibles dans le commerce (ou recyclés), de frittes vycor et de fil d'argent. L'électrode de référence non aqueuse la plus courante est l'électrode de quasi-référence, qui est renouvelée pour une expérience donnée. Les électrodes de pseudo-référence ne maintiennent pas leurs potentiels. Pour utiliser ce type d'électrode de référence, les conditions d'influence doivent être connues et calculées.
Électrodes de référence auto-construites
Fabriquer sa propre électrode de référence est une solution économique. L'un des types les plus couramment utilisés est l'électrode en argent/chlorure d'argent, qui peut être facilement fabriquée à l'aide d'un fil d'argent et d'une solution de chlorure de sodium. Une autre option est l'électrode au calomel saturé, qui nécessite l'utilisation de mercure, de chlorure de potassium et d'acide chlorhydrique. Un troisième type, l'électrode Ag/AgBr, peut être fabriqué en revêtant un fil d'argent avec du bromure d'argent en présence de la lumière du soleil.
Électrodes de référence disponibles dans le commerce
Enfin, il existe des électrodes de référence disponibles dans le commerce qui se présentent comme « sans fuite » et qui conviennent à de nombreuses applications non aqueuses. Les utilisateurs doivent les tester dans leurs conditions de cellule particulières avant de les accepter pour une utilisation de routine. Ils doivent également être conscients que de nombreux matériaux qui constituent le corps de l'électrode de référence peuvent ne pas bien résister au solvant de leur choix.
En comprenant les différents types d'électrodes de référence disponibles, on peut prendre une décision éclairée quant au type d'électrode de référence qui convient à son application. Quel que soit le type d'électrode de référence utilisée, il est important de s'assurer qu'elle est correctement calibrée avant utilisation pour garantir des mesures précises. De plus, il est important de noter que les électrodes de référence peuvent se dégrader avec le temps et peuvent devoir être remplacées périodiquement pour maintenir la précision.
Électrodes de référence aqueuses
Pour les scientifiques et les chercheurs travaillant dans le domaine de l'électrochimie, les électrodes de référence sont des outils essentiels pour des mesures précises et des données fiables. Une électrode de référence est une électrode qui a un potentiel d'électrode stable et bien connu. La réaction chimique globale qui se déroule dans une cellule est composée de deux demi-réactions indépendantes, qui décrivent les changements chimiques au niveau des deux électrodes. Pour se concentrer sur la réaction à l'électrode de travail, l'électrode de référence est normalisée avec des concentrations constantes (tamponnées ou saturées) de chaque participant de la réaction redox.
Les électrodes de référence aqueuses sont largement utilisées pour les expériences électrochimiques. Les électrodes de référence courantes comprennent l'électrode à hydrogène standard (SHE), l'électrode à hydrogène normale (NHE), l'électrode à hydrogène réversible (RHE), l'électrode au calomel saturé (SCE), l'électrode de sulfate de cuivre-cuivre (II) (CSE), l'électrode de chlorure d'argent, le pH -électrode, électrode palladium-hydrogène, électrode dynamique à hydrogène (DHE) et électrode mercure-sulfate de mercure (MSE).
Électrode de chlorure d'argent
Une électrode de référence Ag/AgCl est la référence la plus couramment utilisée en analyse électrochimique. Il se compose d'un fil d'argent avec un bain de chlorure d'argent, entouré d'un électrolyte salin (il peut s'agir d'une solution ou d'un gel). Le sel est généralement du chlorure de potassium (KCl), qui a été saturé en chlorure d'argent pour s'assurer que le bain de chlorure d'argent ne se détache pas. Pour qu'une électrode de référence fonctionne, une petite quantité de la solution de remplissage interne fuira du capteur vers l'échantillon, ce qui fournit un contact électrique et un potentiel stable et immuable. Ce chemin de fuite passe par la jonction de l'électrode, qui peut être fabriquée à partir d'une gamme de matériaux, notamment la céramique, le coton, le téflon, etc.
Principe de fonctionnement de l'électrode de référence Ag/AgCl
Cette électrode est basée sur la réaction demi-cellule suivante : AgCl + e- <->Ag+ + Cl-. Une électrode de référence Ag/AgCl fournit 199 mV (±5 mV) par rapport à une électrode à hydrogène normale si elle est entourée d'une solution saturée de KCl/AgCl mesurée à 25 °C. Les électrodes à hydrogène sont utilisées comme une norme plus théorique qu'utilisée pratiquement dans tous les laboratoires, par conséquent, les électrodes de référence sont souvent vérifiées par rapport à d'autres électrodes avec le même système de référence, ou par rapport à d'autres références avec des potentiels connus pour lesquels des données sont disponibles.
Comment fabriquer votre propre électrode de référence aqueuse
Bien que des électrodes de référence commerciales soient facilement disponibles, la fabrication de votre propre électrode de référence aqueuse peut être une expérience rentable et enrichissante. Pour fabriquer votre propre électrode de référence, vous aurez besoin de quelques matériaux de base, notamment un fil ou une tige d'argent, un fil Ag/AgCl, un tube de verre et un pont de sel. La première étape consiste à préparer le fil d'argent en le nettoyant avec de l'acide et en le polissant à l'aide d'un chiffon ou d'un tampon à polir. Ensuite, insérez le fil d'argent dans le tube de verre, en laissant une petite partie exposée. Ensuite, fixez le fil Ag/AgCl à la partie exposée du fil d'argent à l'aide d'un époxy d'argent ou d'un adhésif conducteur. Enfin, remplissez le tube de verre avec une solution de KCl et connectez le pont de sel au fil Ag/AgCl. Votre électrode de référence aqueuse maison est maintenant prête à être utilisée dans vos expériences électrochimiques.
Caractéristiques et considérations pour la sélection d'une électrode de référence
Lors de la sélection d'une électrode de référence, il est important de prendre en compte plusieurs facteurs, notamment la compatibilité avec l'échantillon mesuré, la stabilité du potentiel, le temps de réponse, la plage de température et la composition chimique de l'échantillon. Plusieurs options sont disponibles pour les électrodes de référence, y compris des électrodes de référence séparées telles que Calomel saturé (Hg/HgCl), Ag/AgCl, Cu/CuSO4, Hg/HgSO4 et Hg/HgO. Les électrodes à double jonction ont une chambre inférieure qui contient un électrolyte qui diffère de l'électrolyte dans la chambre de référence supérieure. Cela permet de personnaliser la composition chimique de l'électrolyte de la chambre inférieure en fonction de l'échantillon.
Électrodes de référence non aqueuses
Dans les expériences électrochimiques, les électrodes de référence sont essentielles car elles fournissent un potentiel stable et fiable par rapport auquel d'autres électrodes peuvent être mesurées. Des électrodes de référence commerciales sont facilement disponibles, mais dans certains cas, il est également possible de fabriquer votre propre électrode de référence non aqueuse en utilisant des matériaux simples.
Problèmes avec les électrodes de référence aqueuses
Alors que l'électrode au calomel saturé (SCE) et les électrodes de référence Ag/AgCl sont stables et offrent des potentiels de demi-cellule constants, ce sont des électrodes aqueuses basées sur des solutions aqueuses saturées. Il est déconseillé d'utiliser ces électrodes de référence aqueuses avec des systèmes non aqueux car les potentiels mesurés dans différents solvants ne sont pas directement comparables. De plus, le potentiel du couple Fc0/+ est sensible au solvant.
Électrode de quasi-référence (QRE)
Une électrode de quasi-référence (QRE) évite les problèmes mentionnés ci-dessus. Il est idéal pour les travaux non aqueux et utilise du ferrocène ou un autre étalon interne, tel que le cobaltocène ou le décaméthylferrocène, référencé au ferrocène. Depuis le début des années 1960, le ferrocène s'est imposé comme la référence standard pour les travaux non aqueux pour plusieurs raisons. La préparation de l'électrode QRE est simple, permettant de préparer une nouvelle référence avec chaque série d'expériences. Étant donné que les QRE sont fraîchement préparés, il n'y a pas non plus de problème de stockage ou d'entretien inapproprié de l'électrode. Les QRE sont également plus abordables que les autres électrodes de référence.
Pseudo-électrode de référence
Dans de nombreuses applications, même une petite quantité de solution d'électrolyte s'échappant de l'électrode de référence peut immédiatement compromettre les réactions électrochimiques se produisant dans la solution d'analyte. La principale de ces applications est l'électrochimie non aqueuse. Dans ces applications, il peut être possible d'utiliser ce que l'on appelle une pseudo-électrode de référence. L'électrode de pseudo-référence la plus simple est un fil métallique, comme le platine, inséré directement dans la solution d'analyte. Un potentiel de référence se développera strictement dû à la composition de cette solution. Bien que cette demi-cellule fournira un potentiel de référence constant au cours d'une seule expérience, tout changement dans la solution cellulaire entraînera une modification du potentiel de référence. Il est de pratique acceptée lors de l'utilisation d'une telle référence qu'un composé redox de référence interne avec des potentiels bien définis, comme le ferrocène, soit ajouté (généralement à la fin d'une expérience), et les potentiels expérimentaux observés ajustés au potentiel connu de la norme.
En conclusion, les électrodes de référence non aqueuses sont essentielles pour des mesures de potentiel précises lors de réactions électrochimiques. L'électrode de quasi-référence et l'électrode de pseudo-référence sont deux options disponibles pour l'électrochimie non aqueuse. L'électrode de quasi-référence est idéale car elle permet de préparer une nouvelle référence avec chaque série d'expériences et est plus abordable que les autres électrodes de référence. L'électrode de pseudo-référence est également une option viable, mais tout changement dans la solution cellulaire entraînera une modification du potentiel de référence.
Fabriquer votre propre électrode de référence Ag/AgCl
Pour mesurer avec précision la différence de potentiel entre l'électrode de travail et la solution testée dans les expériences électrochimiques, une électrode de référence est nécessaire. Une électrode de référence couramment utilisée en électrochimie est l'électrode de référence Ag/AgCl. Heureusement, il est relativement facile de fabriquer sa propre électrode de référence Ag/AgCl avec quelques matériaux simples.
Matériaux nécessaires
- Fil d'argent
- Acide hydrochlorique
- Chlorure de sodium
- Tube de verre
- Chlorure de potassium
Nettoyer le fil d'argent
Pour commencer, vous devez d'abord nettoyer le fil d'argent avec une solution diluée d'acide chlorhydrique, suivi d'un rinçage à l'eau distillée. Cela garantira qu'il n'y a pas de contaminants sur le fil d'argent qui pourraient affecter la précision de vos expériences électrochimiques.
Formation d'une couche d'AgCl sur la surface
Ensuite, plongez le fil d'argent dans une solution d'acide chlorhydrique et de chlorure de sodium pour former une couche d'AgCl sur la surface. Ceci peut être réalisé en connectant le fil d'argent à une batterie et en l'immergeant dans la solution d'acide chlorhydrique et de chlorure de sodium. Cela entraînera le fil d'argent à devenir recouvert d'une couche d'AgCl.
Création d'une électrode de référence stable et fiable
Enfin, sceller le fil Ag/AgCl dans un tube en verre rempli d'une solution saturée de chlorure de potassium. Cela créera une électrode de référence stable et fiable pour vos expériences électrochimiques. Il est important de noter que le potentiel d'électrode de l'électrode de référence Ag/AgCl peut être affecté par la concentration d'ions chlorure dans la solution, il est donc recommandé d'utiliser une solution saturée de chlorure de potassium comme électrolyte.
En fabriquant votre propre électrode de référence, vous pouvez économiser de l'argent et avoir un meilleur contrôle sur la qualité de vos expériences. Il est facile de fabriquer votre propre électrode de référence Ag/AgCl avec des matériaux simples et la bonne technique.
CONTACTEZ-NOUS POUR UNE CONSULTATION GRATUITE
Les produits et services de KINTEK LAB SOLUTION ont été reconnus par des clients du monde entier. Notre personnel se fera un plaisir de répondre à toute demande que vous pourriez avoir. Contactez-nous pour une consultation gratuite et parlez à un spécialiste produit pour trouver la solution la plus adaptée aux besoins de votre application !
