Standart hidrojen elektrodu - Standard hydrogen electrode

Standart hidrojen elektrodu (kısaltılmış SHE ), a, redoks elektrot temelini oluşturan oksitleme-indirgeme potansiyeli termodinamik ölçekte . Bu mutlak elektrot potansiyeli olduğu tahmin edilmektedir 4.44 ± 0.02 V , 25 ° C 'de, ancak diğer electroreactions ile karşılaştırma için bir temel oluşturmak üzere, hidrojenin standart elektrot potansiyeli ( E °) herhangi bir sıcaklıkta sıfır volt olduğu beyan edilir. Diğer elektrotların potansiyelleri, aynı sıcaklıktaki standart hidrojen elektrotunun potansiyeli ile karşılaştırılır.

Hidrojen elektrot, redoks yarım hücreye dayanır :

2 H + (aq) + 2 e - → H 2 (g)

Bu redoks reaksiyonu, platinlenmiş bir platin elektrotta meydana gelir . Elektrot asidik bir çözeltiye daldırılır ve içinden saf hidrojen gazı geçirilir. Hem indirgenmiş formun hem de oksitlenmiş formun konsantrasyonu bir arada muhafaza edilir. Bu, hidrojen gazının basıncının 1 bar (100 kPa) olduğu ve çözeltideki hidrojen iyonlarının aktivite katsayısının birlik olduğu anlamına gelir. Hidrojen iyonlarının aktivitesi onların etkili konsantrasyonudur ve bu, formel konsantrasyon çarpı aktivite katsayısına eşittir . Bu birimsiz aktivite katsayıları, çok seyreltik su çözeltileri için 1.00'a yakındır, ancak daha konsantre çözeltiler için genellikle daha düşüktür. Nernst eşitliği olarak yazılmalıdır:

nerede:

SHE, NHE, RHE

Elektrokimyanın erken gelişimi sırasında, araştırmacılar normal hidrojen elektrodunu sıfır potansiyel için standart olarak kullandılar. Bu elverişliydi çünkü "bir platin elektrotu 1 N kuvvetli asit çözeltisine daldırarak]  ve çözelti içinden hidrojen gazı yaklaşık 1 atm basınçta [fokurdatarak] inşa edilebilirdi . Ancak bu elektrot / çözüm arayüzü daha sonra değiştirildi. Bunun yerine, H + konsantrasyonunun 1 M olduğu , ancak H + iyonlarının diğer iyonlarla etkileşime girmediği varsayıldığı (bu konsantrasyonlarda fiziksel olarak elde edilemeyen bir koşul) teorik bir elektrot / çözelti arayüzü oldu  . Bu yeni standardı öncekinden farklılaştırmak için ona 'Standart Hidrojen Elektrot' adı verildi. Son olarak, potansiyeli çözeltinin pH'ına bağlı olan pratik bir hidrojen elektrotu olan RHE (Tersine Çevrilebilir Hidrojen Elektrodu) terimi de vardır.


Özetle,

NHE (Normal Hidrojen Elektrotu): 1 M asit solüsyonunda platin elektrot potansiyeli
SHE (Standart Hidrojen Elektrot): teorik ideal bir çözümde platin elektrot potansiyeli (tüm sıcaklıklar için sıfır potansiyel için mevcut standart )
RHE ( Tersine Çevrilebilir Hidrojen Elektrodu ): potansiyeli çözeltinin pH'ına bağlı olan pratik bir hidrojen elektrodu

Platin seçimi

Hidrojen elektrodu için platin seçimi birkaç faktöre bağlıdır:

  • platinin inertliği (aşınmaz)
  • platinin proton indirgeme reaksiyonunu katalize etme yeteneği
  • platin üzerinde proton azaltımı için yüksek bir içsel değişim akımı yoğunluğu
  • potansiyelin mükemmel tekrarlanabilirliği (iki iyi yapılmış hidrojen elektrotu birbiriyle karşılaştırıldığında 10 μV'den daha düşük önyargı)

Platin yüzeyi aşağıdakileri yapmak için platinleştirilir (yani platin siyahı olarak da bilinen ince toz haline getirilmiş platin tabakasıyla kaplanır ):

  • Toplam yüzey alanını artırın. Bu, reaksiyon kinetiğini ve mümkün olan maksimum akımı iyileştirir
  • Arayüzünde hidrojeni iyi emen bir yüzey malzemesi kullanın . Bu aynı zamanda reaksiyon kinetiğini de iyileştirir

Paladyum-hidrojen elektrot gibi benzer bir işleve sahip elektrotlar oluşturmak için başka metaller de kullanılabilir .

Girişim

Platinize platin elektrotun yüksek adsorpsiyon aktivitesi nedeniyle, elektrot yüzeyini ve çözeltisini organik maddelerin varlığından ve atmosferik oksijenden korumak çok önemlidir. Elektrotta daha düşük bir değerlik durumuna düşebilen inorganik iyonlardan da kaçınılmalıdır (örn., Fe 3+ , CrO 2−
4
). Bir platin yüzeyde bir dizi organik madde de hidrojen tarafından indirgenir ve bunlardan da kaçınılması gerekir.

Platin üzerinde indirgenebilen ve birikebilen katyonlar parazit kaynağı olabilir: gümüş, cıva, bakır, kurşun, kadmiyum ve talyum.

Katalitik bölgeleri inaktive edebilen ("zehir") maddeler arasında arsenik, sülfitler ve diğer kükürt bileşikleri, koloidal maddeler, alkaloidler ve canlı sistemlerde bulunan maddeler yer alır.

İzotopik etki

Döteryum çiftinin standart redoks potansiyeli, proton çiftininkinden biraz farklıdır (yaklaşık 0.0044 V vs SHE). Bu aralıkta çeşitli değerler elde edilmiştir: −0,0061 V, −0,00431 V, −0,0074 V.

2 D + (su) + 2 e - → D 2 (g)

Ayrıca elektrotta hidrojen yerine hidrojen döterid kullanıldığında da fark oluşur .

İnşaat

Standart hidrojen elektrodunun şeması

Standart hidrojen elektrotunun şeması:

  1. platinlenmiş platin elektrot
  2. hidrojen gazı
  3. H + = 1 mol dm −3 aktiviteli asit çözeltisi
  4. oksijen girişimini önlemek için hydroseal
  5. galvanik hücrenin ikinci yarım elemanının bağlanması gereken hazne. Bağlantı, karışmayı azaltmak için dar bir tüp aracılığıyla doğrudan veya diğer elektrot ve çözeltiye bağlı olarak bir tuz köprüsü yoluyla olabilir. Bu, ilgilenilen çalışma elektrotuna iyonik olarak iletken bir yol oluşturur.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar

  • Palibroda, Evelina (Ocak 1967). "Not sur l'activation anodique de la surface du métal support de l'électrode à hydrogène". Journal of Electroanalytical Chemistry and Interfacial Electrochemistry . 15 : 92–95. doi : 10.1016 / 0022-0728 (67) 85013-7 .

[[ja: 基準 電極 # 標準 水 素 電極]