酸素電極の電流について質問です。あるサイトに「酸素電極とは、電極に電圧をかけて電気分解を行い、その時

酸素電極の電流について質問です。あるサイトに「酸素電極とは、電極に電圧をかけて電気分解を行い、その時に流れた電流から酸素濃度を求める装置」といった説明がありました。この場合、下記2種類の電流があると思うのですが、オームの法則では、どのような関係になるのでしょうか？
・電圧をかけた時の電流
・電気分解で発生した電流

わかりづらい質問で申し訳ありません。ご回答よろしくお願いします。

No.3 回答者： むらさめ 回答日時： 2020/04/27 21:38

ちょっと電気化学の専門分野に踏み込むのですが、

電気分解などでは、2つの電極にある一定以上の電位を加えると電気分解が起こり始めます。

普通、その片方の電極は白金PtやロジウムRhなどの貴金属を使い、これを陰極側にします。
No.2さんのpdfの　図1　酸素電極　でも、そうなっていますよね。

その時、電位を上昇させると両方の電極(と言っても主に陽極側)が、電流を流さない時からどの程度電位変化が生じたのか判らないので、
もうひとつ基準の電極となる何かの電極を置き、その基準電極と陽極の電位差を測定します。
私は電気化学でも腐食屋なもので、基準となる電極を使い、陰極･陽極･基準電極　の3つの電極を使い実験をする方が多かったです。

pdfの図1は、ポーラログラフ式の装置で、基準となる電極がなく、2つの電極間に電位を掛けてその時の電流値を測定し電流値から酸素濃度を得ます。

↓のサイトは酸素の測定ではなく塩素の測定なのですが、実際に電位を掛けてみた図が図3に出ています

https://www.m-system.co.jp/mstoday/plan/mame/b_s …

No.2さんの、
>対象の濃度によって流れる電流に上限があり
というのが　図3　の、電流値が平坦になっている　プラトー域が、それを示しています。
この中の図2　遊離残留塩素計の構成　というのがありますが、これは、pdfの図1の酸素電極の原型的なものです。
これでも、構造が簡単で実用的ではあるんですけど…。

>「電圧をかけたときの電流」で形成される電気二重層
は電極の表面に生じ、↓のpdf　の　図1　にそのイメージがあると思います。

https://www.jstage.jst.go.jp/article/kogyobutsur …

ただ、酸素電極は線状の電極であるので板状電極に形成される電気二重層とは少しイメージが違い、その影響を受けにくいかもしれないですね。

この回答へのお礼

丁寧なご回答ありがとうございました。
電気化学は高校のときに少し触れた程度、勉強することばかりですが、頂いた回答のおかげで理解を前に進めることができました。
時間があるときに再度勉強したいと思います。また質問した際にはよろしくお願いいたします。
この度はありがとうございました。

お礼日時：2020/04/30 22:03

No.2 回答者： Zincer 回答日時： 2020/04/24 18:16

とりあえずオームの法則は関係ありません。

・電圧をかけた時の電流
電気二重層の形成時に流れる（＝コンデンサーの蓄電と同じ）電流は寸時に起きるので、電流として継続的に観測されません。

・電気分解で発生した電流
どちらかといえばこちらを測定することになりますが、対象の濃度によって流れる電流に上限があり、これを限界電流（密度）と呼び、濃度に依存します。

より詳しい説明はPDFになってしましますが、下記のものが参考になると思います。
概略を説明すれば、
（酸素を還元する）電位にある電極表面での限界電流密度から、溶液中の酸素濃度を求める。
ということになっているはずです。

■ 基礎科学 セ ミナー ・物理化学 シ リーズ(2)
電 気 化 学 の 基 礎
https://www.jstage.jst.go.jp/article/sfj1950/29/ …
の、5-2 拡散過電圧(濃 度過電圧)

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
質問した電流毎に回答していただき、とても見やすかったです。
pdf資料もとても参考になりました。
ありがとうございました。

ちなみに、「電圧をかけたときの電流」で形成される電気二重層はどこに形成されるのでしょうか？
よろしくお願いいたします。

お礼日時：2020/04/27 18:49

No.1 回答者： むらさめ 回答日時： 2020/04/24 18:07

電気分解の条件等が全く情報としてないので、明確に答えられないのですが。

電気分解ではオームの法則は適応できないです。

水溶液のようなものの電気分解が、反応として起こるかどうかは電位で決まります。
何かの標準電極(酸化還元反応では一般に水素電極電位で示す)に対して、ある電位差以上になると電気分解反応が起こります。
電気分解反応が起こっている時に電流値として計測されて、電気分解の量が判ります。
>その時に流れた電流から酸素濃度を求める
とはそういう事だと考えます。

電気分解が起こっている時の電位と電流の関係も、オームの法則のような直線的関係ではなく、指数関数的な関係です。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございました。
・オームの法則は電気分解では使えない
・電気分解反応が起こる基準が標準電極の電位
など、とても勉強になりました。
これを手掛かりにまた勉強したいと思います。
ご助力いただきありがとうございました。

お礼日時：2020/04/27 18:41