Die Platinelektrode in der Standard-Wasserstoffelektrode (SHE) spielt eine entscheidende Rolle bei der Erleichterung der Redoxreaktionen mit Wasserstoffgas und Wasserstoffionen.
Diese Elektrode ist für die Festlegung eines Referenzpotentials zur Messung der Elektrodenpotentiale anderer elektrochemischer Systeme unerlässlich.
Im Folgenden werden die Funktion der Platinelektrode im SHE, ihr Aufbau und ihre Bedeutung für elektrochemische Messungen näher erläutert.
5 Schlüsselpunkte erklärt: Die Rolle und Funktion von Platin im SHE
1. Rolle von Platin im SHE
Platin wirkt als Katalysator für die Oxidations- und Reduktionsreaktionen von Wasserstoff.
Es erleichtert die Übertragung von Elektronen zwischen Wasserstoffgas (H2) und Wasserstoffionen (H+) in der Lösung.
Platin wird aufgrund seiner Inertheit ausgewählt, d. h. es reagiert weder mit Wasserstoff noch mit anderen Komponenten in der Lösung, wodurch sichergestellt wird, dass es die Reaktionen der Elektrode nicht beeinträchtigt.
2. Aufbau des SHE
Das SHE besteht aus einer platinierten Platinfolie oder -platte, die mit einem Platindraht verbunden ist.
Dieser Aufbau ermöglicht den Austausch von Elektronen.
Reines und trockenes Wasserstoffgas wird bei einem konstanten Druck von 1 atm durch die Lösung geblasen.
Das Wasserstoffgas wird an der Platinoberfläche adsorbiert, wodurch eine Wasserstoff-Elektrode entsteht.
Am Boden des Glasrohrs befindet sich eine kleine Menge Quecksilber, um einen guten elektrischen Kontakt zu gewährleisten.
3. Elektrodenreaktion
Die Elektrodenreaktion in SHE ist in Bezug auf Wasserstoffionen reversibel.
Die Reaktion kann wie folgt dargestellt werden: [ 2H^+(aq) + 2e^- \rightleftharpoons H_2(g) ]
Während der Reaktion wandelt sich das Wasserstoffgas der Platinplatte in Wasserstoffionen um und setzt dabei Elektronen frei.
Diese Elektronen sammeln sich auf der Platinplatte an, wodurch eine Potenzialdifferenz entsteht.
4. Bedeutung des SHE
Die SHE wird in der Elektrochemie als universelle Referenzelektrode verwendet.
Ihr Standard-Elektrodenpotential wird willkürlich auf Null gesetzt, was die Grundlage für die Berechnung der Potentiale anderer Elektroden bildet.
Durch Kopplung der SHE mit einer anderen Elektrode kann das Potenzial der Zelle mit einem Potentiometer gemessen werden.
Da das Potenzial des SHE gleich Null ist, entspricht das gemessene Potenzial direkt dem Potenzial der anderen Elektrode.
5. Vorteile und Herausforderungen
Vorteile
SHE kann über den gesamten pH-Bereich eingesetzt werden.
Es führt keine Salzfehler in die Messungen ein.
Bietet eine konsistente und zuverlässige Referenz für elektrochemische Messungen.
Herausforderungen
Es ist schwierig, 100% reines und trockenes Wasserstoffgas zu erhalten.
Die Aufrechterhaltung von genau 1 atm Druck und 1 M HCl-Konzentration ist eine Herausforderung.
Die Glaskonstruktion macht es zerbrechlich und weniger tragbar.
6. Praktische Erwägungen
Aufgrund der praktischen Schwierigkeiten bei der Einrichtung und Wartung einer SHE wird sie oft als hypothetische Elektrode bezeichnet.
Andere Standardelektroden wie die Calomel-Elektrode werden aufgrund ihrer einfachen Handhabung und Stabilität oft bevorzugt.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Platinelektrode im SHE von zentraler Bedeutung für die Katalyse der Redoxreaktionen von Wasserstoff ist und ein stabiles und konsistentes Referenzpotenzial für elektrochemische Messungen gewährleistet.
Trotz der Herausforderungen beim Aufbau und bei der Wartung bleibt das SHE ein grundlegendes Instrument auf dem Gebiet der Elektrochemie.
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