Τυπικό ηλεκτρόδιο υδρογόνου

Για τη θερμοδυναμική κλίμακα των δυναμικών οξειδοαναγωγής, το τυπικό ηλεκτρόδιο υδρογόνου είναι η τυπική μέτρηση του δυναμικού ηλεκτροδίου. Το τυπικό ηλεκτρόδιο υδρογόνου, γνωστό και ως κανονικό ηλεκτρόδιο υδρογόνου, συχνά συντομεύεται ως SHE (NHE).

Μια ΑΥΤΗ και ένα ΝΗΕ δεν είναι το ίδιο πράγμα. Το NHE μετρά το δυναμικό ενός ηλεκτροδίου πλατίνας σε διάλυμα οξέος 1 N, ενώ το SHE μετρά το δυναμικό ενός ηλεκτροδίου πλατίνας σε ένα ιδανικό διάλυμα (τρέχον πρότυπο μηδενικού δυναμικού σε όλες τις θερμοκρασίες).

Το δυναμικό ενός ηλεκτροδίου πλατίνας στην ημιαντίδραση οξειδοαναγωγής:

 2 H+(aq) + 2 e-  →  H2(g) στους 25 °C χρησιμοποιείται για καθορίστε το πρότυπο.

Μαύρη πλατίνα προστίθεται σε σύρμα πλατίνας ή πλάκα πλατίνας για να δημιουργηθεί ένα ηλεκτρόδιο υδρογόνου. Βυθίζεται στο διάλυμα δοκιμής και του δίνεται ηλεκτρικό φορτίο, καθώς και μαύρο λευκό και αέριο υδρογόνου.

Μεταξύ των πολλών τρόπων μέτρησης του Ph, η μέθοδος υδρογόνου-ηλεκτροδίου είναι ένα πρότυπο. Μόνο όταν οι τιμές που λαμβάνονται με άλλες μεθόδους ταιριάζουν με αυτές που λαμβάνονται με τη μέθοδο του ηλεκτροδίου υδρογόνου θεωρούνται αξιόπιστες. Ωστόσο, λόγω του χρόνου και των χρημάτων που απαιτούνται, καθώς και της ταλαιπωρίας κατά το χειρισμό του αερίου υδρογόνου και της σημαντικής επιρροής των εξαιρετικά οξειδωτικών ή αναγωγικών ενώσεων στο διάλυμα δοκιμής, αυτή η μέθοδος δεν είναι κατάλληλη για καθημερινή χρήση.

Κατασκευή:

Ένα συμβατικό ηλεκτρόδιο υδρογόνου αποτελείται από πέντε μέρη:

ηλεκτρόδιο πλατίνας επιπλατινοποιημένο

1 mol/dm3 διάλυμα οξέος με 1 mol/dm3 δραστηριότητα ιόντων υδρογόνου (H+)

Φυσαλίδες αερίου υδρογόνου

Δεξαμενή για τη σύνδεση του δεύτερου ημιστοιχείου του γαλβανικού στοιχείου. Hydroseal για την αποφυγή παρεμβολών οξυγόνου.

Για να αποφευχθεί η ανάμειξη, μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια γέφυρα αλατιού ή ένας λεπτός σωλήνας.

Το επιπλατινοποιημένο ηλεκτρόδιο πλατίνας είναι το σημείο όπου λαμβάνει χώρα η διαδικασία οξειδοαναγωγής. Το αέριο υδρογόνο διέρχεται μέσω του ηλεκτροδίου όταν βυθίζεται στο όξινο διάλυμα. Η συγκέντρωση της ανηγμένης και της οξειδωμένης μορφής διατηρείται, με αποτέλεσμα πίεση 1 bar (100 kPa) για το αέριο υδρογόνο. Η τυπική συγκέντρωση πολλαπλασιαζόμενη με τον συντελεστή δραστηριότητας ισούται με τη δραστηριότητα ιόντων υδρογόνου.

Η επιλογή της πλατίνας για το ηλεκτρόδιο υδρογόνου βασίζεται σε διάφορους παράγοντες:

Η αδράνεια της πλατίνας (δεν διαβρώνεται).

Η ικανότητα της πλατίνας να καταλύει αντιδράσεις μείωσης πρωτονίων.

Μεγάλη αναπαραγωγιμότητα του δυναμικού (πόλωση μικρότερη από 10 V όταν συγκρίνονται δύο καλά κατασκευασμένα ηλεκτρόδια υδρογόνου) 

Υψηλή εσωτερική πυκνότητα ρεύματος ανταλλαγής για μείωση πρωτονίων σε πλατίνα

Αυξήστε τη συνολική επιφάνεια, η επιφάνεια της πλατίνας είναι επιπλατινοποιημένη (δηλαδή, καλύπτεται με μια στρώση λεπτής σκόνης πλατίνας, γνωστή και ως μαύρο λευκό). Αυτό ενισχύει την κινητική αντίδρασης και επιτρέπει την πιο πρόσφατη δυνατή.

Χρησιμοποιήστε ένα επιφανειακό υλικό με υψηλή ικανότητα προσρόφησης υδρογόνου στην επαφή του. Αυτό βελτιώνει επίσης την κινητική της διαδικασίας.

Άλλα μέταλλα, όπως το παλλάδιο και το υδρογόνο, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή ηλεκτροδίων με συγκρίσιμες λειτουργίες.

Λειτουργία τυπικού ηλεκτροδίου υδρογόνου: 

Ένα τυπικό ηλεκτρόδιο υδρογόνου μπορεί να λειτουργήσει και ως άνοδος και ως κάθοδος.

Όταν ένα συμβατικό ηλεκτρόδιο υδρογόνου σε ένα στοιχείο οξειδώνεται, μετατρέπεται σε άνοδο. Το υδρογόνο μετατρέπεται σε ιόντα Η+, τα οποία στη συνέχεια απελευθερώνονται στο διάλυμα.

H2→2H+ +2e–

Όταν ένα τυπικό ηλεκτρόδιο υδρογόνου σε ένα στοιχείο ανάγεται, μετατρέπεται σε κάθοδο. Ιόντα H+ στο διάλυμα μετατρέπονται σε αέριο υδρογόνο κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας.

2H+ +2e– →H2

Όσον αφορά τα ιόντα Η+, το ηλεκτρόδιο είναι επομένως αναστρέψιμο.

Στα 298K, το δυναμικό ηλεκτροδίου του τυπικού ηλεκτροδίου υδρογόνου είναι μηδέν.

Μέτρηση δυναμικού ηλεκτροδίου:

Για να προσδιοριστεί το δυναμικό ενός ηλεκτροδίου, δημιουργείται ένα στοιχείο με το ηλεκτρόδιο ως ένα από τα ηλεκτρόδια και το τυπικό ηλεκτρόδιο υδρογόνου ως δεύτερο ηλεκτρόδιο. Στη συνέχεια προσδιορίζεται το emf του κυττάρου. Το emf του κυττάρου είναι ίσο με το άθροισμα των δυνατοτήτων οξείδωσης και αναγωγής του κυττάρου.

Επειδή ένα από τα ηλεκτρόδια στο συμβατικό ηλεκτρόδιο υδρογόνου έχει μηδενικό δυναμικό ηλεκτροδίου, το emf του στοιχείου θα είναι ακριβώς ανάλογο με το δυναμικό ηλεκτροδίου του υπό εξέταση ηλεκτροδίου. Η κατεύθυνση της ροής του ρεύματος αποκαλύπτει εάν η οξείδωση ή αναγωγή συμβαίνει στο υπό εξέταση ηλεκτρόδιο υδρογόνου. Το δυναμικό του ηλεκτροδίου αναφέρεται ως δυναμικό οξείδωσης ή δυναμικό αναγωγής σε αυτήν την περίπτωση.

Τυπικά πλεονεκτήματα ηλεκτροδίων υδρογόνου:

1. Εφαρμόζεται σε μεγάλη ποικιλία τιμών pH.

2. Το δυναμικό ενός συμβατικού ηλεκτροδίου υδρογόνου είναι μηδέν. Ως αποτέλεσμα, ο υπολογισμός του δυναμικού ηλεκτροδίου ενός άλλου ηλεκτροδίου είναι απλός.

Τυπικά μειονεκτήματα ηλεκτροδίων υδρογόνου:

1. Η πλατίνα είναι δαπανηρή και η πλατίνα είναι δύσκολη στην εργασία.

2. Η διατήρηση της πίεσης του υδρογόνου και της συγκέντρωσης οξέος είναι δύσκολη.

3. Το καθαρό υδρογόνο είναι δύσκολο να ληφθεί.

Συμπέρασμα: 

Το τυπικό ηλεκτρόδιο υδρογόνου είναι το δυναμικό ενός ηλεκτροδίου πλατίνας σε ένα ιδανικό διάλυμα αερίου. Για να το περιγράψουμε, η λύση της θεωρητικής έννοιας περιλαμβάνει την παρούσα απαίτηση για μηδενικό δυναμικό σε όλες τις θερμοκρασίες. Η διαδικασία της δωρεάς ή της παροχής ηλεκτρονίων από μια ουσία για τη δημιουργία ενός νέου άλατος είναι γνωστή ως οξείδωση.

Η διαδικασία λήψης ηλεκτρονίων από μια χημική ουσία προκειμένου να δημιουργηθεί ένα νέο άλας είναι γνωστή ως αναγωγή.