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電気化学において、塩橋またはイオン橋は、電気化学セル内の液間電位を最小化するための重要な実験装置です。塩橋は100年以上前から使用されています。[ 1 ]塩橋には、通常は不活性溶液である電解質溶液が含まれており、電気化学セルの一種であるガルバニ電池（ボルタ電池）の酸化半電池と還元半電池を接続するために使用されます。 [ 1 ] [ 2 ]簡単に言うと、電気化学セル内の陽極と陰極の半電池を接続するイオン伝導リンクとして機能します。[ 3 ]また、半電池内の溶液間の液間電位を最小化して安定させます。 [ 4 ]さらに、2つの半電池間の相互汚染を最小限に抑えるためにも使用できます。[ 1 ] [ 5 ]
右図に示すように、塩橋は通常、電解質溶液で満たされたチューブで構成されています。これらのチューブの両端には、溶液をチューブ内に保持し、周囲環境との過剰な混合を防ぐために、ガラスフリットなどの隔膜が取り付けられていることがよくあります。 [ 3 ]異なる溶媒の半電池間に塩橋を設置する場合、橋に使用する電解質が両方の溶液に溶解し、どちらの溶液にも存在する物質と反応しないことを確認することが重要です。[ 3 ]
単一の塩の溶液で満たされた塩橋は、以下の条件が満たされた場合に、液間電位を最も効率的に最小化します。
従来、液間電位を最小限に抑えるために、濃縮塩化カリウム（KCl）水溶液が最もよく使用されてきました。 [ 1 ]臭化カリウムやヨウ化カリウムなどの他の塩溶液と塩化カリウムを比較すると、塩化カリウムが液間電位を無効化するのに最も効果的です。[ 1 ]しかし、この塩橋の有効性は、作動溶液（陰極液と陽極液）のイオン強度が増加するにつれて低下します。 [ 1 ]
塩橋にはいくつかの設計があります。ガラス管橋（図に示すような従来のKCl型塩橋とイオン液体塩橋）、ろ紙橋、多孔質フリット塩橋、ヒュームドシリカ、寒天ゲル塩橋などです。
ガラス管塩橋は一般的に、比較的不活性な電解質で満たされたU字型のバイコール管で構成されています。[ 7 ]電解質溶液は通常、アンモニウムやカリウムなどの陽イオンと、塩化物や硝酸塩などの陰イオンの組み合わせで構成され、これらは同様の移動度を持っています。[ 1 ] [ 3 ]この組み合わせは、セルで使用されるどの化学物質とも反応しないように選択されます。
KCl型塩橋には多くの欠点があるため、電気化学セルにおけるKCl型塩橋に起因する電位測定上の問題を解決するために、イオン液体塩橋（ILSB）が利用されてきた。[ 1 ] [ 4 ] ILSBは親水性電解質の水溶液中で効率的な性能を発揮する。これは、イオン液体が水と混ざらない（混和しない）ため、水溶液の塩橋として適しているためである。[ 1 ]さらに、ILSBは化学的に不活性で、水中で非常に安定している。[ 1 ]
ガラス管塩橋をセットアップするには、適切な電解質溶液を入れるU字型のバイコール管を作製します。[ 3 ]通常、多孔質材料であるガラスフリットで管の両端を覆うか、電解質を寒天でゲル化して、そうでなければ起こりうる液体の混合を防ぐのに役立ちます。[ 3 ]
ガラス管ブリッジの導電率は主に電解質溶液の濃度に依存します。飽和濃度以下の濃度では、濃度の上昇は導電率を高めます。しかし、狭い管径では飽和濃度を超える塩分量によって導電率が低下する可能性があります。[ 4 ]
ろ紙などの多孔質紙は、ガラス管ブリッジで使用される電解質などの適切な電解質に浸すと、塩橋として使用できます。ろ紙が伝導のための固体媒体を提供するので、ゲル化剤は必要ありません。[ 8 ]
この種の塩橋の導電率は、電解質溶液の濃度、紙の質感、紙の吸水性など、多くの要因に依存します。一般的に、表面が滑らかで吸水性が高いほど、導電率が高くなります。[ 8 ]
このタイプの塩橋を作るには、実験室用ろ紙を丸めて、2つの半電池をつなぐ形にすることができます。通常は円筒形に丸めます。[ 8 ]丸めたろ紙を適切な不活性塩溶液に浸します。[ 8 ]ストローを使って丸めたろ紙をU字型のチューブ状に成形し、浸したろ紙に機械的な強度を与えます。[ 8 ] [ 9 ]このろ紙を塩橋として使い、2つの半電池をつなぐことができます。[ 8 ]
ろ紙塩橋は安価で入手しやすいが、機械的強度を与えるためにストローを使用しないことの欠点の1つは、実験ごとに新しいロール状の浸漬ろ紙を使用する必要があることである。[ 8 ]さらに、ろ紙の寿命は限られており、汚染のリスクが高い。[ 3 ]
最近の進展として、活性炭塩橋が挙げられます。これは、アルカリ溶液中の参照電極の多孔質接合部として優れた選択肢と考えられています。[ 10 ]
多孔質接合部は、参照溶液と電解質溶液の 2 つの半電池間の塩橋として機能します。[ 10 ]ガラス、テフロン、寒天ゲルなどの多孔質接合部に使用される他の材料には、それぞれ利点がありますが、高コストや汚染のリスクが高いなどの重大な欠点もあります。[ 10 ] [ 3 ]
したがって、フリットとして木炭を使用する利点としては、木炭は多孔質炭素材料から調達できるため、低コストで入手しやすいことが挙げられる。[ 10 ]木炭は脆いにもかかわらず、その非常に多孔質な構造により効率的なイオン移動を促進する。[ 10 ]