Reversibel väteelektrod

En reversibel väteelektrod ( RHE ) är en referenselektrod , närmare bestämt en undertyp av standardväteelektroderna, för elektrokemiska processer. Till skillnad från standardväteelektroden ändras dess uppmätta potential med pH , så den kan användas direkt i elektrolyten.

Namnet syftar på att elektroden är direkt nedsänkt i själva elektrolytlösningen och inte åtskild av en saltbrygga . Vätejonkoncentrationen är därför inte 1 mol/L, eller 1 mol/kg, utan motsvarar elektrolytlösningens. På så sätt är det möjligt att uppnå en stabil potential med ett växlande pH-värde. RHE:s potential korrelerar med pH-värdet:

E=0,000-0,059\times \mathrm {pH}

I allmänhet, för en väteelektrod där reduktionen av hydroniumjonerna ( H 3 O ₊ ) ^sker :

{\ce {{2H3O+}+{2e^{-}}<=>{H2}+{2H2O}}}

eller, oftare vanligen skrivet helt enkelt med H ⁺ som betecknar H ₃ O ⁺ :

{\ce {{2H+}+{2e^{-}}<=>{H2}}}

med,

K={\frac {p{{\ce {H2}}}}{{\ce {(aH+)^2}}}}

jämviktspotentialen $E$ beror på vätetrycket $p H 2$ och aktiviteten a $följande H +$ enligt :

E=E^{\ominus }-{\frac {RT}{zF}}\ln K

E=E^{\ominus }-{\frac {RT}{2F}}\ln {\frac {p{{\ce {H2}}}}{{\ce {(aH+)^2}}}}

E=E^{\ominus }-{\frac {RT}{F}}\left({\tfrac {1}{2}}\ln p{{\ce {H2}}}-\ln {\ce {(aH+)}}\right)

E=E^{\ominus }+{\frac {RT}{F}}\left(\ln a{ \ce {H+}}-{\tfrac {1}{2}}\ln p{\ce {H2}}\right)

Här är $E^{\ominus }$ standardreduktionspotentialen (enligt konvention lika med noll), $R$ är den universella gaskonstanten , $T$ den absoluta temperaturen och $F$ är Faraday-konstanten .

En överpotential uppstår vid elektrolys av vatten . Detta betyder att den erforderliga cellspänningen är högre än jämviktspotentialen på grund av kinetiska begränsningar. Potentialen ökar med ökande strömtäthet vid elektroderna. Mätning av jämviktspotentialer är därför möjlig utan effekt.

Princip

Den reversibla väteelektroden är en ganska praktisk och reproducerbar elektrod "standard". Termen hänvisar till en väteelektrod nedsänkt i den elektrolytlösning som faktiskt används.

Fördelen med den elektroden är att ingen saltbrygga behövs:

ingen kontaminering av elektrolyten med klorider eller sulfater
inga diffusionspotentialer vid elektrolytbryggan ( vätskeövergångspotential ). Detta är viktigt vid temperaturer som skiljer sig från 25 °C.
långtidsmätningar möjliga (ingen elektrolytbrygga betyder inget underhåll av bryggan)

Se även