电位-pH图：水电化学系统稳定相的热力学图解

电位-pH图：水电化学系统稳定相的热力学图解

电位-pH图是电化学和溶液化学中一个重要的工具，用于描述水电化学系统在热力学平衡时可能的稳定相。通过解读电位-pH图，可以了解不同化学物质在特定条件下的稳定性，对于腐蚀防护、材料科学等领域具有重要应用价值。

在电化学中，更普遍地在溶液化学中，位-pH 图，也称为电势/pH 图、EH-pH 图或 pE/pH 图，是可能的热力学稳定相（即化学平衡时）的图 ) 的水电化学系统。 主要化学物质（溶液中的水性离子或固相）之间的边界 (50 %/50 %) 用线表示。 因此，可以像使用一组不同的轴的标准相图一样阅读 pH 图。 与相图类似，它们不允许反应速率或动力学效应。 除了电位和 pH 值之外，平衡浓度还取决于例如温度、压力和浓度。 位-pH 图通常在室温、大气压和摩尔浓度为 10−6 的情况下给出，更改这些参数中的任何一个都会产生不同的图表。

命名

由于两个轴的标记，位-pH 图也称为 EH-pH 图。

图表

垂直轴标记为 EH，表示根据 Nernst方程计算的相对于标准氢电极(SHE) 的电势。 H 代表氢，尽管可以使用其他标准，但它们仅适用于室温。

位-pH 图中的线显示平衡条件，即该线每一侧的物种的活性相等的情况。 在线的任一侧，该物种的一种形式将被称为占主导地位。

为了用能斯特方程画出直线的位置，必须定义处于平衡状态的化学物质的活度。 通常，一种物质的活性近似等于浓度（对于可溶性物质）或分压（对于气体）。 系统中存在的所有物种都应使用相同的值。

对于可溶性物质，通常为 1 M 或 10−6 M 的浓度绘制线条。有时会为其他浓度绘制额外的线条。

如果图表涉及溶解物质和气体之间的平衡，则压力通常设置为 P0 = 1 atm = 101325 Pa，这是在标准条件下从水溶液中析出气体所需的最小压力。

此外，温度和溶液中溶剂化离子浓度的变化将使平衡线根据能斯特方程移动。

这些图表也没有考虑动力学效应，这意味着显示为不稳定的物种在实践中可能不会发生任何显着程度的反应。

简化的位-pH 图表示免疫、腐蚀和钝化区域，而不是稳定的物种。 因此，它们为特定金属在特定环境中的稳定性提供了指导。 免疫是指金属不受攻击，而腐蚀是指会发生一般攻击。 当金属在其表面形成稳定的氧化物或其他盐涂层时，就会发生钝化，最好的例子是铝的相对稳定性，因为当暴露在空气中时，其表面会形成氧化铝层。

适用的化学系统

虽然可以为任何化学系统绘制此类图表，但重要的是要注意添加金属结合剂（配体）通常会修改图表。 例如，碳酸盐 (CO−3) 对铀的图表有很大影响。