Стандартный водородный электрод - Standard hydrogen electrode

Стандартный водородный электрод (сокращенно ОНА ), является окислительно - восстановительным электродом , который образует основу термодинамической шкалы потенциалов окислительно-восстановительных . Его абсолютный электродный потенциал оценивается в 4,44 ± 0,02 В при 25 ° C, но чтобы сформировать основу для сравнения со всеми другими электрореакциями, стандартный электродный потенциал водорода ( E °) объявлен равным нулю 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 + (водн.) + 2 e - → H 2 (г)

Эта окислительно-восстановительная реакция происходит на платинированном платиновом электроде. Электрод погружают в кислотный раствор, и через него барботируют чистый газообразный водород. Концентрация восстановленной 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 следует записать как:

куда:

ОНА против NHE против RHE

На раннем этапе развития электрохимии исследователи использовали обычный водородный электрод в качестве эталона для нулевого потенциала. Это было удобно, потому что на самом деле его можно было построить путем «[погружения] платинового электрода в раствор 1  н. Сильной кислоты и [барботирования] газообразного водорода через раствор при давлении около 1 атм». Однако позже эта граница раздела электрод / раствор была изменена. 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.


В итоге,

NHE (нормальный водородный электрод): потенциал платинового электрода в 1 М 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 водородного электрода обусловлен несколькими факторами:

  • инертность платины (не корродирует)
  • способность платины катализировать реакцию восстановления протонов
  • высокая плотность собственного обменного тока для восстановления протонов на платине
  • отличная воспроизводимость потенциала (смещение менее 10 мкВ при сравнении двух хорошо сделанных водородных электродов друг с другом)

Поверхность платины платинирована (т.е. покрыта слоем мелкодисперсного порошка платины, также известного как платиновая чернь ), чтобы:

  • Увеличьте 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, таких как палладий-водородный электрод .

Вмешательство

Из-за высокой адсорбционной активности платинированного платинового электрода очень важно защитить поверхность электрода и раствор от присутствия органических веществ, а также от атмосферного кислорода. Также следует избегать неорганических ионов, которые могут понижаться до состояния с более низкой валентностью на электроде (например, Fe 3+ , CrO 2-
4
). Ряд органических веществ также восстанавливается водородом на поверхности платины, и этого также следует избегать.

Источником помех могут быть катионы, которые могут восстанавливаться и осаждаться на платине: 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 + (водн.) + 2 e - → D 2 (г)

Также разница возникает, когда в электроде используется дейтерид водорода вместо водорода.

Строительство

Схема стандартного водородного электрода

Схема штатного водородного электрода:

  1. платинированный платиновый электрод
  2. водородный газ
  3. раствор кислоты с активностью H + = 1 моль дм −3
  4. гидрозатвор для предотвращения воздействия кислорода
  5. резервуар, через который должен крепиться второй полуэлемент гальванического элемента. 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.

Смотрите также

Рекомендации

внешняя ссылка

  • Палиброда, Эвелина (январь 1967). «Обратите внимание на анодную активацию поверхности металла, поддерживающего гидроген». Журнал электроаналитической химии и межфазной электрохимии . 15 : 92–95. DOI : 10.1016 / 0022-0728 (67) 85013-7 .

[[ja: 基準 電極 # 標準 水 素 電極]