Elèctrode estàndard d'hidrogen
Un elèctrode estàndard d'hidrogen o elèctrode normal d'hidrogen és un elèctrode redox que forma la base de la taula de potencials estàndards de reducció. El seu potencial absolut s'estima en 4.44 ± 0,02-25 °C, però per realitzar una base de comparació amb qualsevol altra reacció electrolítica, el potencial electrolític de l'hidrogen (L0) es fixa com a 0 en totes les temperatures.[1]
Els potencials de qualsevol altre elèctrode es compara amb l'estàndard a la mateixa temperatura.
L'elèctrode d'hidrogen es basa en la semicel·la redox:
- 2H + (aq)+2e - → H 2 (g)
Aquesta reacció d'oxidació-reducció ocorre en un elèctrode de platí.
L'elèctrode és submergit en una solució àcida i es bombeja hidrogen gasós a través d'ell. La concentració de formes oxidades i reduïdes es manté com una unitat. Això implica que la pressió d'hidrogen gasós és igual a 1 bar i la concentració d'hidrogen en la solució és 1 mol.
L'equació de Nernst es desenvolupa així:
o
on:
- a H+ és l'activitat dels ions d'hidrogen, a H+ = f H + C H + /C 0
- p H 2 és la pressió parcial de l'hidrogen gasós, en pascals, Pa
- N és la constant universal dels gasos ideals
- T és la temperatura, en kèlvins.
- F és la constant de Faraday (càrrega per mol d'electrons), igual a 9.6485309 * 10 4 C mol -1
- p 0 és la pressió estàndard 10 5 a Pa
Per què platí? modifica
L'ús de platí per a l'elèctrode d'hidrogen es deu a diversos factors:
- Material inert, que no es corroeix.
- Capacitat per catalitzar la reacció de reducció de protons.
- Alt intercanvi intrínsec de densitat per a la reducció de protons.
- Excel·lent reproducció del potencial (igual o menor que 10 μV) quan dos elèctrodes ben construïts es comparen amb altres.[2]
La superfície del platí es platinitza, és a dir, es cobreix amb una capa de negre de platí per la qual cosa es requereix:
- Utilitzar un elèctrode amb gran superfície real. Com més gran és la superfície real, més gran és la cinètica de l'elèctrode.
- Utilitzar un material que pugui absorbir hidrogen com a interfase. La platinització millora el rendiment de l'elèctrode.
No obstant això, altres metalls poden utilitzar per construir elèctrodes d'utilitat similar, per exemple pal·ladi.
| Material de l'elèctrode | Densitat de intercanvi normal -log 10 (A/cm²) |
|---|---|
| Pal·ladi | 3.0 |
| Platí | 3/1 |
| Rodi | 3.6 |
| Iridi | 3/7 |
| Níquel | 5/2 |
| Or | 5/4 |
| Tungstè | 5/9 |
| Niobi | 6/8 |
| Titani | 8/2 |
| Cadmi | 10/8 |
| Manganès | 10/9 |
| Plom | 12.0 |
| Mercuri | 12/3 |
Interferència modifica
A causa de l'alta activitat d'absorció de l'elèctrode platinitzat és molt important protegir la superfície del mateix i la solució contra la presència de substàncies orgàniques o d'oxigen de l'atmosfera. Els ions inorgànics que poden reduir a un estat de valència més baixa també han de ser evitats (per exemple Fe 3+, CrO 4 2 - ).
Els cations que poden reduir un dipòsit sobre el platí també poden ser font d'interferència: argent, mercuri, coure, plom, cadmi i tali.
Les substàncies que poden desactivar la catàlisi inclouen a l'arsènic, sulfits i altres compostos de sofre, substàncies col·loïdals, alcaloides, i material biològic en general.[3]
Construcció modifica
Esquema d'un elèctrode estàndard d'hidrogen:
- Elèctrode de platí platinitzat.
- Bombament d'hidrogen.
- Solució àcida amb activitat de H + = 1 mol kg -1
- Sifó per prevenir la interferència d'oxigen.
- Dipòsit a través del qual pot connectar el segon semielement de la cel·la galvànica. Això crea una connexió de conductivitat iònica cap a l'elèctrode d'interès.
Vegeu també modifica
Referències modifica
- ↑ Llibre d'or IUPAC
- ↑ 2,0 2,1 DT Sawyer, A. Sobkowiak, JL Roberts, Jr, "Electrochemistry for Chemists, 2nd edition ", John Wiley and Sons, Inc, 1995.
- ↑ DJG Ives, G.J. Janzen, "Reference Electrodes. Theory and Practice", Academic Press, 1961.