Standardna vodikova elektroda

Standardna vodikova elektroda (skraćeno SHE) ili normalna vodikova elektroda (NHE), je redoks elektroda koja predstavlja osnovu termodinamičke skale redoks potencijala. Procijenjena vrijednost apsolutnog elektrodnog potencijala ove elektrode je 4.44 ± 0.02 V na 25 °C. Kako bi se postavila osnova za poređenje svih redoks reakcija, dogovorno je uzeto da potencijal redukcije vodika na standardnoj vodikovoj elektrodi (E⁰) iznosi 0,000 V na svim temperaturama.. Potencijali drugih elektroda se određuju poređenjem sa potencijalom standardne vodikove elektrode.

Osnovna polućelijska reakcija koja se odvija u SHE je:

2H⁺(aq) + 2e^- → H₂(g)

Ova reakcija se dešava na elektrodi od platinizirane platine, koja je uronjena u rastvor kiseline u kojem je aktivitet H⁺ iona jednak jedinici. Na elektrodu se dovodi gasoviti vodik pod pritiskom od 1 bar. Potencijal vodikove elektrode je definisan Nernstovom jednačinom:

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

odnosno

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

gdje je:

• a_H+ aktivitet vodikovih jona, a_H⁺=f_H⁺ C_H⁺ /C⁰
• p_H2 parcijalni pritisak gasovitog vodika, u paskalima, Pa
• R univerzalna plinska konstanta
• T temperatura, u kelvinima
• F Faradejeva konstanta (naboj jednog mola elektrona), koja iznosi 9.6485309*10⁴ C mol^-1
• p⁰ standardni pritisak, 10⁵ Pa

Karakteristike platinske elektrode

Platinska elektroda je pogodna za upotrebu u standardnoj vodikovoj elektrodi zbog slijedećih faktora:

• inertnost(otpornost prema koroziji)
• mogućnost katalize redukcije vodikovog jona
• visoka gustoća struje izmjene za redukciju protona u odnosu na druge materijale
• odlična reproducibilnost potencijala (odstupanje manje od 10 μV).

Površina platine se platinizira (prevlači crnom platinom) iz slijedećih razloga:

• da bi se obezbjedila veća aktivna površina, čime se povećava brzina reakcije
• da bi se povećala adsorpcija vodika čime se također ubrzava reakcija

Za konstrukciju elektroda slične funkcije, mogu se, osim platine koristiti i drugi metali, kao što je paladij u paladijum-vodikovoj elektrodi.

Gustoće struje izmjene za redukciju H⁺ jona na nekim metalima u 1 mol/kg H₂SO₄

Elektrodni materijal	Gustoća struje izmjene -log10(A/cm2)
Paladijum	3.0
Platina	3.1
Rodijum	3.6
Iridijum	3.7
Nikl	5.2
Zlato	5.4
Volfram	5.9
Niobijum	6.8
Titan	8.2
Kadmijum	10.8
Mangan	10.9
Olovo	12.0
Živa	12.3

Smetnje

Zbog visoke adsorpcijske moći platinizirane platine, potrebno je zaštititi elektrodu od organskih supstanci i atmosferskog kisika. Smetnje mogu izazvati i anorganski joni koji se lako redukuju (npr., Fe³⁺, CrO₄^2-).

Uzrok smetnji mogu biti i kationi koji se redukcijom mogu istaložiti na elektrodi: srebro, živa, bakar, olovo, kadmij i talij.

Supstance koje mogu deaktivirati ("otrovati") katalitička mjesta elektrodi su: arsen, sulfidi i drugi spojevi sumpora, koloidne supstance, alkaloidi, i biomolekule.

Konstrukcija

Standardna vodikova elektroda se sastoji od:

1. platinizirane platinske elektrode
2. dovoda vodika
3. rastvora kiseline aktiviteta H⁺ = 1 mol kg^-1
4. hidroizolacija za prevenciju smetnji izazvanih kisikom
5. sonog mosta preko kojeg se povezuje drugi poluelement galvanske ćelije.

Također pogledajte

• Referentna elektroda