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電位―Ph図の読み方が分からない。 プールべ図とも言いますが、何に使うのでしょう...

mak********さん

2019/3/1116:49:45

電位―Ph図の読み方が分からない。
プールべ図とも言いますが、何に使うのでしょうか?

電気化学の分野ですが、詳しい文献がなくて。。
簡単にお願いします。

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ari********さん

2019/3/1320:12:37

プールべ図 (電位ーpH図) は 特定の条件に於いて ネルンストの式 を用いて 金属の状態に 直線の境界線 を引いた図である。境界線の作り方の一例を記す。

酸化還元系:Ox + n*e^- ⇔ Red
ネルンストの式:E=E°ー(RT/nF)*ln(aRed/aOx)

例えば Fe の電位ーpH図 に就いては次のやふに為る。

(i) Fe ト Fe^2+ の境界線:
酸化還元系:Fe^2+ + 2e^- ⇔ Fe
電極電位:E=ー0.44ー(RT/2F)*ln(1/[Fe^2+])
E ト pH は無関係であるから傾きが0の直線に為る。
金属の状態が安定である基準として [Fe^2+]=10^(-6) を代入すると、
E=ー0.44ー(RT/2F)*ln{10^(-6)}=-0.617(V)
E=-0.617(V) の直線。(傾きは0)

(ii) Fe^2+ ト Fe^3+ の境界線:
酸化還元系:Fe^3+ + e^- ⇔ Fe^2+
電極電位:E=0.80ー(RT/F)*ln([Fe^2+]/[Fe^3+])
[Fe^2+]=[Fe^3+]=10^(-6) を代入。
E=0.80ー(RT/F)*ln([Fe^2+]/[Fe^3+])=0.80(V)
E=0.80(V) の直線。(傾きは0)

(iii) Fe^2+ ト Fe2O3 (Fe(OH)3) の境界線:
酸化還元系:Fe(OH)3(固) + 3H^+ + e^- ⇔ Fe^2+ + 3H2O
電極電位:E=0.80ー(RT/F)*ln([Fe^2+]/[Fe^3+])
難溶な Fe(OH)3 のみが沈澱、Ksp=6.0*10^(-38) トし [Fe^2+]=10^(-6) を代入。
E=0.80ー(RT/F)*ln([Fe^2+]/[Fe^3+])
=0.80ー(RT/F)*ln([Fe^2+][OH^-]^3/[Fe^3+][OH^-]^3)
=0.80ー(RT/F)*ln([Fe^2+][OH^-]^3/Ksp)
=0.80+(RT/F)*ln(Ksp)ー(RT/F)*ln([Fe^2+])ー3*(RT/F)*ln(Kw/[H^+])
=0.80+(RT/F)*ln(Ksp)ー(RT/F)*ln([Fe^2+])ー3*(RT/F)*ln(Kw)ー3*(RT/F)*ln(10)*pH
=0.80ー2.20+0.355+2.48ー0.177*pH
=1.44ー0.177*pH
E=1.44ー0.177*pH の直線。(傾きは ー0.177)

(iv) Fe^3+ ト Fe2O3 (Fe(OH)3) の境界線:
溶解平衡:Fe(OH)3(固) ⇔ Fe^3+ + 3OH^-
溶解度積:[Fe^3+][OH^-]^3=Ksp=6.0*10^(-38) 及び [Fe^3+]=10^(-6) から pH=ーlog(Kw)+(1/3)*log(Ksp/[Fe^3+])=3.59
pH=3.59 の縦の直線。

(v) Fe^3+ ト FeO4^2- の境界線:
酸化還元系:FeO4^2- + 8H^+ + 3e^- ⇔ Fe^3+ + 4H2O
電極電位:E=1.90ー(RT/3F)*ln([Fe^3+]/[FeO4^2-][H^+]^8)
[FeO4^2-]=[Fe^3+]=10^(-6) を代入すると、
E=1.90ー(RT/3F)*ln(1/[H^+]^8)
=1.90ー8*(RT/3F)*ln(1/[H^+])
=1.90ー8*(RT/3F)*ln(10)*pH
=1.90ー0.158*pH
E=1.90ー0.158*pH の直線。(傾きは ー0.158)

(vi) H2(g) ト H^+ の境界線:
pH2=1.0 (atm) とす。
酸化還元系:2H^+ + 2e^- ⇔ H2(g)
E=0.00ー(RT/2F)*ln(pH2/[H^+]^2)
=ー(RT/F)*ln(1/[H^+])
=ー(RT/F)*ln(10)*pH
=ー0.0591*pH の直線。(傾きは ー0.0591)

(vii) H2O ト O2(g) の境界線:
pO2=1.0 (atm) とす。
酸化還元系:O2(g) + 4H^+ + 4e^- ⇔ 2H2O
E=1.23ー(RT/4F)*ln(1/pO2*[H^+]^4)
=1.23ー(RT/F)*ln(1/[H^+])
=1.23ー(RT/F)*ln(10)*pH
=1.23ー0.0591*pH の直線。(傾きは ー0.0591)

プールべ図 (電位ーpH図) は 特定の条件に於いて ネルンストの式 を用いて 金属の状態に 直線の境界線...

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hut********さん

2019/3/1302:16:13

圧力と温度で描いた水、水蒸気、氷、の相図のように、
あるpHと電位において、その物質のどの化学状態が熱力学的に安定かということを示す図です。
腐食の分野では、金属と酸化物どっちが安定か?
沈殿滴定なら、溶液中のイオンと沈殿、どっちが安定か?
材料科学なら、この材料はどのpH or 電位まで耐えられるのか?
とか 分野によっていろいろな応用ができます。

gau********さん

2019/3/1117:06:18

http://www.material.tohoku.ac.jp/dept/lecture/lecture_03.html

たとえば、鉄などの金属のサビによる損傷と、pHの関係を検討するのに必須の情報。

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