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.

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:

$E={RT \over F}\ln {a_{H^{+}} \over (p_{H_{2}}/p^{0})^{1/2}}$

o

$E=-{2.303RT \over F}pH-{RT \over 2F}\ln {p_{H_{2}}/p^{0}}$

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?

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.

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.

Comparació de la densitat d'intercanvi normal per la reacció de reducció de protons en 1 mol/kg H ₂ SO ₄

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

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.

Construcció

Esquema d'un elèctrode estàndard d'hidrogen

Esquema d'un elèctrode estàndard d'hidrogen:

1. Elèctrode de platí platinitzat.
2. Bombament d'hidrogen.
3. Solució àcida amb activitat de H ⁺ = 1 mol kg ^-1
4. Sifó per prevenir la interferència d'oxigen.
5. 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

• Elèctrode de calomelans saturat