Теория измерения REDOX (ORP)

Редокс-измерения и значение pH являются мерой активности протонов H+. Редокс-потенциал, в свою очередь, отражает активность электронов. И в случае измерения pH, и в случае редокс-измерений речь идёт о преобразовании электрического потенциала, соответствующего реакционной активности; различие заключается лишь в том, что одна шкала отображает значение pH, а другая — мВ.

В обоих типах измерений напряжение, обусловленное разностью потенциалов, определяется методом измерения при нулевом токе. Несмотря на то, что чувствительные драгоценные электроды, используемые в окислительно-восстановительных измерениях, являются проводниками с низким электрическим сопротивлением, напряжение Re всё равно необходимо измерять с помощью высоковольтного усилителя с высоким входным сопротивлением.

Кроме того, эти два метода также сходны по использованию электродной технологии, а изменение измеряемого потенциала подчиняется уравнению Нернста.

Значение термина «РЕДОКС» или «ОРП»

Эти два сокращения легко переводятся. Слово REDOX образовано от начальных частей слов REDuction и OXidation, а аббревиатура ORP — от начальных частей слов Oxidation и Reduction Potential.

Что касается основных принципов измерений Redox, то для пользователей они в той или иной степени остаются неясными.

Например, соляная кислота (HCl) содержит протоны H+ и обладает положительным единичным зарядом; соответственно, ей соответствует ион с отрицательным зарядом — Cl−. Носителем отрицательного заряда являются электроны.

Когда мы помещаем цинк или железо в соляную кислоту, образуется водород, а железо переходит в оксид железа. Здесь происходит молекулярное превращение: ионы H+, связанные с Cl–, восстанавливаются с выделением газа. Но что же происходит с самой соляной кислотой и с железом?

Каждый элемент и каждое соединение обладают собственным электрохимическим потенциалом (относительно стандартного водородного электрода). Вещество с более высоким потенциалом — то есть с более отрицательной полярностью — отдаёт электроны веществу с более низким потенциалом — то есть с более положительной полярностью. Вещество, принимающее электроны, подвергается восстановлению: оно переходит из ионной формы в газообразную форму (в случае водорода) или в чисто металлическую форму (в случае металлических ионов), тогда как вещество, отдающее электроны, переходит обратно в ионную форму.

В нашем примере

Водород (H ⁺ Потенциал составляет 0,0 В (в свободном состоянии в соляной кислоте), потенциал железа (Fe) — −0,4 В.

Железо отдаёт два электрона и переходит в ионную форму. Ионы водорода, в свою очередь, принимают эти два электрона и превращаются в газообразный водород — водородный газ.

Вышеописанный процесс лучше всего виден на примере химической реакции.

Железо → Железо ²⁺ + 2e

2e + 2H ⁺ → H ₂

――――――――――――――――

Fe + 2H ⁺ →Железо ²⁺ + H ₂

Вещество, принимающее электроны, подвергается восстановлению, то есть переходит из окисленного состояния в восстановленное. Вещество, отдающее электроны, подвергается окислению, то есть переходит из восстановленного состояния в окисленное. Ниже приведён ещё один пример:

Потенциал цинка составляет −0,76 В, а потенциал меди — +0,337 В.

Если опустить цинковый стержень в раствор сульфата меди, то без подачи внешнего тока на нём будет выделяться медь.

(-0,76 В) Zn → Zn ²⁺ +2e

2e + Cu ²⁺ →Cu (+0,337 В)

――――――――――――――――――――――――――――

Цинк + медь ²⁺ →Цинк ²⁺ + Медь

Цинк отдаёт два электрона ионам меди, а ионы меди при этом восстанавливаются до металлической меди. При наличии разности потенциалов между электродами возникает электрический ток, направленный от высокого потенциала к низкому.

Разность потенциалов и есть электродвижущая сила (ЭДС).

Для иллюстрации этого явления представим себе две ёмкости, одна из которых полностью заполнена водой. Нижние части обеих ёмкостей соединены между собой трубопроводом. При открытии клапана вода перетекает из заполненной воды ёмкости в пустую. Из этого явления видно, что не существует процесса восстановления без сопутствующего окислительного процесса и, наоборот, процесса окисления без соответствующего восстановления. Общая величина напряжения в системах окислительно-восстановительных процессов обычно лежит в диапазоне от +3 В до −3 В. Чем больше разность потенциалов, тем сильнее выражены восстановительные свойства — переход от высокого потенциала к низкому — или, наоборот, окислительные свойства — переход от низкого потенциала к высокому. Степень выраженности окислительных и восстановительных свойств не является абсолютной; она зависит от следующих факторов:

а) Концентрация эталонной среды

б) Величина разности потенциалов

c) Значение pH

Из уравнения Нернста явно следует, что концентрация «C», число электронов «n» и значение pH «E» ₀ «Как это работает.»