Стандартный водородный электрод

редактировать

Редокс-электрод

Стандартный водородный электрод (сокращенно SHE ), представляет собой окислительно-восстановительный электрод, который составляет основу термодинамической шкалы. окислительно-восстановительных потенциалов. Его абсолютный электродный потенциал оценивается в 4,44 ± 0,02 В при 25 ° C, но чтобы сформировать основу для сравнения со всеми другими электродными реакциями, стандартный электродный потенциал водорода (E °) заявлено как нулевое вольт при любой температуре. Потенциалы любых других электродов сравниваются с потенциалами стандартного водородного электрода при той же температуре.

Водородный электрод основан на окислительно-восстановительной полуячейке :

2 H (вод.) + 2 e → H 2 (г)

Эта окислительно-восстановительная реакция происходит при платинированный платиновый электрод. Электрод погружают в кислотный раствор, через который барботируют чистый газообразный водород. Концентрация как восстановленной, так и окисленной формы поддерживается на уровне единицы. Это означает, что давление газообразного водорода составляет 1 бар (100 кПа), а коэффициент активности ионов водорода в растворе равен единице. Активность ионов водорода - это их эффективная концентрация, которая равна формальной концентрации, умноженной на коэффициент активности. Эти безразмерные коэффициенты активности близки к 1,00 для очень разбавленных водных растворов, но обычно ниже для более концентрированных растворов. Уравнение Нернста должно быть записано как:

E = RTF ln ⁡ a H + p H 2 / p 0 {\ displaystyle E = {RT \ over F} \ ln {\ frac {a_ { \ mathrm {H ^ {+}}}} {\ sqrt {p _ {\ mathrm {H_ {2}}} / p ^ {0}}}}}{\ displaystyle E = {RT \ over F} \ ln {\ frac {a _ {\ mathrm {H ^ {+}}}} {\ sqrt {p_ {\ mathrm {H_ {2}}} / p ^ {0}}}}}
E = - 2.303 RTF p H - RT 2 F ln ⁡ п ЧАС 2 p 0 {\ displaystyle E = - {2.303RT \ over F} \ mathrm {pH} - {RT \ over 2F} \ ln {\ frac {p _ {\ mathrm {H_ {2}}}} {p ^ {0}}}}{\ displaystyle E = - {2.303RT \ over F} \ mathrm {pH} - {RT \ over 2F } \ ln {\ frac {p _ {\ mathrm {H_ {2}}}} {p ^ {0}}}}

где:

Содержание

  • 1 SHE vs NHE vs RHE
  • 2 Выбор платины
  • 3 Интерференция
  • 4 Изотопный эффект
  • 5 Конструкция
  • 6 См. Также
  • 7 Ссылки
  • 8 Внешние ссылки

SHE vs NHE vs RHE

На раннем этапе развития электрохимии исследователи Rchers использовали обычный водородный электрод в качестве эталона для нулевого потенциала. Это было удобно, потому что на самом деле его можно было изготовить путем «[погружения] платинового электрода в раствор 1 N сильной кислоты и [барботирования] газообразного водорода через раствор при давлении около 1 атм». Однако позже этот интерфейс электрод / раствор был изменен. Его заменила теоретическая граница раздела электрод / раствор, где концентрация H составляла 1 M, но предполагалось, что ионы H не взаимодействуют с другими ионами (условие, физически недостижимое при таких концентрациях). Чтобы отличать этот новый стандарт от предыдущего, ему было присвоено название «Стандартный водородный электрод». Наконец, существует также термин RHE (обратимый водородный электрод), который представляет собой практический водородный электрод, потенциал которого зависит от pH раствора.

. Таким образом,

NHE (нормальный водородный электрод): потенциал платинового электрода в 1 M растворе кислоты
SHE (стандартный водородный электрод): потенциал платинового электрода в теоретическом идеальном растворе (текущий стандарт нулевого потенциала для всех температур)
RHE (обратимый водородный электрод ): практичный водородный электрод, потенциал которого зависит от pH раствора

Выбор платины

Выбор платины для водорода электрод обусловлен несколькими факторами:

  • инертностью платины (не корродирует)
  • способностью платины катализировать реакцию восстановления протонов
  • высоким собственным током обмена. плотность для восстановления протонов на платине
  • отличная воспроизводимость потенциала (смещение менее 10 мкВ при двух Изготовленные из 11 водородные электроды сравниваются друг с другом)

Поверхность платины платинирована (т. е. покрыта слоем мелкодисперсной порошковой платины, также известной как платиновый черный ), чтобы:

  • Увеличить общую площадь поверхности. Это улучшает кинетику реакции и максимально возможный ток.
  • Используйте материал поверхности, который хорошо адсорбирует водород на границе раздела. Это также улучшает кинетику реакции.

Другие металлы могут использоваться для изготовления электродов с аналогичной функцией, например, палладий-водородный электрод.

Интерференция

Из-за высокой адсорбционной активности платинированной платины. электрода, очень важно защитить поверхность электрода и раствор от присутствия органических веществ, а также от атмосферного кислорода. Также следует избегать неорганических ионов, которые могут снижаться до состояния с более низкой валентностью на электроде (например, Fe, CrO. 4). Ряд органических веществ также восстанавливается водородом на поверхности платины, и этого также следует избегать.

Катионы, которые могут восстанавливаться и осаждаться на платине, могут быть источником помех: серебро, ртуть, медь, свинец, кадмий и таллий.

Вещества, которые могут инактивировать («отравить») каталитические центры, включают мышьяк, сульфиды и другие соединения серы, коллоидные вещества, алкалоиды и материалы, обнаруженные в живых системах.

Изотопный эффект

Стандартный окислительно-восстановительный потенциал пары дейтерия немного отличается от такового протонной пары (примерно -0,0044 В по сравнению с SHE). Были получены различные значения в этом диапазоне: -0,0061 В, -0,00431 В, -0,0074 В.

2 D (вод.) + 2 e → D 2 (g)

Также имеется разница при использовании дейтерида водорода вместо водорода в электроде.

Конструкция

Схема стандартного водородного электрода

Схема стандартного водородного электрода:

  1. платинированный платиновый электрод
  2. газообразный водород
  3. раствор кислоты с активностью H = 1 моль дм
  4. гидрозатвор для предотвращения воздействия кислорода
  5. резервуар, через который второй полуэлемент гальванического элемента должен быть присоединен. Соединение может быть прямым, через узкую трубку для уменьшения перемешивания или через солевой мостик, в зависимости от другого электрода и раствора. Это создает ионно-проводящий путь к интересующему рабочему электроду.

См. Также

Викискладе есть носители, относящиеся к Стандартный водородный электрод.

Ссылки

Внешние ссылки

  • Палиброда, Эвелина (январь 1967 г.). «Обратите внимание на анодную активацию поверхности металла, поддерживающего гидрогеновый электрод». Журнал электроаналитической химии и межфазной электрохимии. 15 : 92–95. doi :10.1016/0022-0728(67)85013-7.
Последняя правка сделана 2021-06-09 07:38:13
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте