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Die am häufigsten verwendete Referenzelektrode ist die Standard-Wasserstoffelektrode (SHE), die als Basis für die Messung des Potenzials aller anderen Elektroden dient.Referenzelektroden wie die SHE, die Ag/AgCl- und die gesättigte Kalomelelektrode (SCE) haben bekannte und stabile Elektrodenpotentiale, was sie für elektrochemische Messungen unverzichtbar macht.Diese Elektroden werden in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, z. B. in der chemischen Analyse, der biomedizinischen Forschung und bei industriellen Prozessen.Die Wahl der Referenzelektrode hängt von Faktoren wie Kompatibilität mit der Probe, Stabilität und Umweltaspekten ab.So wird z. B. häufig Ag/AgCl verwendet, aber wenn die Probe nicht mit Silber oder Chlorid kompatibel ist, können Alternativen wie SCE oder Cu/CuSO4 verwendet werden.

Die wichtigsten Punkte werden erklärt:

1. Standard-Wasserstoffelektrode (SHE) als primäre Referenz:

   • Die SHE ist die grundlegendste Referenzelektrode, deren Potenzial willkürlich auf Null gesetzt wird.Sie dient als Basis für die Messung der Elektrodenpotenziale aller anderen Elektroden.
   • Sie besteht aus einer Platinelektrode, die mit Wasserstoffgas bei 1 atm Druck und einer Lösung von Wasserstoffionen mit Einheitsaktivität (1 M HCl) in Kontakt steht.
   • Aufgrund ihrer Unpraktikabilität im täglichen Gebrauch (z. B. Umgang mit Wasserstoffgas) werden in der Praxis häufig andere Referenzelektroden verwendet.

2. Gängige Bezugselektroden:

   • Ag/AgCl-Elektrode:
     • Besteht aus einem mit Silberchlorid beschichteten Silberdraht, der in eine Kaliumchloridlösung (KCl) getaucht ist.
     • Weit verbreitet aufgrund seiner Stabilität, einfachen Vorbereitung und Kompatibilität mit vielen Proben.
     • Das Potenzial hängt von der KCl-Konzentration ab, wobei gesättigtes KCl am häufigsten verwendet wird.
   • Gesättigte Kalomelelektrode (SCE):
     • Hergestellt aus Quecksilber (Hg) in Kontakt mit quecksilberhaltigem Chlorid (Hg2Cl2) und einer gesättigten KCl-Lösung.
     • Sie ist für ihre Stabilität und Reproduzierbarkeit bekannt, enthält jedoch Quecksilber, weshalb sie für bestimmte Anwendungen (z. B. Lebensmittel-, Getränke- oder Umweltstudien) nicht geeignet ist.
   • Cu/CuSO4-Elektrode:
     • Besteht aus einer Kupferelektrode in einer Kupfersulfatlösung.
     • Wird aufgrund seiner Kompatibilität mit diesen Umgebungen häufig in Boden- und Korrosionsstudien verwendet.

3. Stabilität und bekanntes Potenzial:

   • Referenzelektroden müssen ein stabiles und genau definiertes Potenzial aufweisen, das durch ein Redoxsystem mit gesättigten Konzentrationen der beteiligten Lösungen erreicht wird.
   • Diese Stabilität gewährleistet genaue und reproduzierbare Messungen in elektrochemischen Zellen.

4. Anwendungen von Referenzelektroden:

   • Wird in elektrochemischen Zellen verwendet, um das Potenzial anderer Elektroden zu messen.
   • Unverzichtbar in der chemischen Analyse, der biomedizinischen Forschung (z. B. EEG, EKG), bei industriellen Prozessen (z. B. Galvanik, kathodischer Schutz) und bei der Umweltüberwachung.

5. Auswahlkriterien für Referenzelektroden:

   • Kompatibilität:Die Elektrode darf nicht mit der Probe reagieren oder Verunreinigungen einbringen.So ist beispielsweise Ag/AgCl für Proben, die empfindlich auf Silber- oder Chloridionen reagieren, ungeeignet.
   • Stabilität:Die Elektrode sollte über einen längeren Zeitraum ein konstantes Potenzial beibehalten.
   • Umwelt- und Sicherheitsaspekte:Elektroden, die giftige Stoffe enthalten (z. B. Quecksilber in SCE), sind für bestimmte Anwendungen möglicherweise nicht geeignet.

6. Herausforderungen bei der Messung des absoluten Elektrodenpotentials:

   • Während Referenzelektroden die Messung von relativen Elektrodenpotentialen ermöglichen, bleibt die Bestimmung des absoluten Potentials einer isolierten Elektrode eine Herausforderung.

7. Andere Arten von Referenzelektroden:

   • Hg/HgSO4 und Hg/HgO Elektroden:Wird für spezielle Anwendungen verwendet, bei denen eine Kompatibilität mit Sulfat- oder Oxidionen erforderlich ist.
   • Bipolare Elektroden:Sie dienen sowohl als Anode als auch als Kathode in benachbarten Zellen, werden aber normalerweise nicht als Referenzelektroden verwendet.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Wahl der Referenzelektrode von der spezifischen Anwendung, der Kompatibilität mit der Probe und praktischen Erwägungen wie Stabilität und Sicherheit abhängt.Die SHE bleibt der theoretische Standard, aber praktische Referenzelektroden wie Ag/AgCl und SCE werden in Labor und Industrie häufiger verwendet.

Zusammenfassende Tabelle:

Referenzelektrode	Zusammensetzung	Wesentliche Merkmale	Anwendungen
Standard-Wasserstoffelektrode (SHE)	Platin-Elektrode, Wasserstoffgas, 1 M HCl	Basislinie für die Messung des Elektrodenpotentials	Theoretischer Standard
Ag/AgCl-Elektrode	Silberdraht, beschichtet mit AgCl, KCl-Lösung	Stabil, leicht zu präparieren	Chemische Analyse, biomedizinische Forschung
Gesättigte Kalomelelektrode (SCE)	Quecksilber, Hg2Cl2, gesättigtes KCl	Stabil, enthält Quecksilber	Industrielle Prozesse, ungeeignet für Lebensmittel-/Umweltstudien
Cu/CuSO4-Elektrode	Kupferelektrode, CuSO4-Lösung	Kompatibel mit Boden-/Korrosionsstudien	Boden- und Korrosionsforschung

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