Водневий електрод

Водне́вий електро́д — окисно-відновний електрод, що береться за основу термодинамічної шкали окисно-відновних потенціалів. Для порівняння з потенціалами інших електродів потенціал стандартного водневого електроду вважається нульовим незалежно від температури.

Водневий електрод називають стандартним при тиску водню 1 атм та активності катіонів водню в розчині 1 моль/л.

Абсолютний електродний потенціал стандартного водневого електроду оцінюється в 4,44 ± 0,02 В при 25 °C.

Загальний опис

Зразок водневого електроду:
1 — платиновий електрод
2 — подача водню
3 — кислотний розчин з a(H⁺)=1 моль/л
4 — запобіжник від проникнення кисню
5 — резервуар

Благородні метали, наприклад, золото, платина та деякі інші, мають міцну кристалічну ґратку і їх катіони не переходять в розчин з металу. Такі метали не мають на межі метал—розчин характерного стрибку потенціалу. Однак, якщо на поверхні металу сорбована речовина, здатна окиснюватися чи відновлюватися, — це вже система, в якій може формуватися подвійний електричний шар і можливий перебіг окисно-відновних процесів.

У водневому електроді як інертний метал використовують платину, на поверхні якої адсорбується газуватий водень. Для збільшення адсорбуючої поверхні й зниження перенапруги платину електролітично покривають шаром тонкодисперсної платини (платиновою черню). Водневий електрод оборотний стосовно йона водню, отже, є електродом першого роду.

Напівреакція і потенціал електроду

На поверхні водневого електроду встановлюються рівноваги:

H₂(г) ⇄ H₂(пов) ⇄ 2H(пов) ⇄ 2H⁺(р) + 2e^-

В результаті цих процесів на межі між платиною та розчином іонів водню утворюється подвійний електричний шар, що спричиняє стрибок потенціалу. Величина цього потенціалу при даній температурі залежить від активності водневих іонів в розчині та кількості поглинутого платиною водню, яка пропорційна його тиску. Рівняння Нернста для цієї системи запишеться так:

$E_{H}=-{\frac {RT}{2F}}\ln {\frac {a_{{\text{H}}^{+}}^{2}}{p_{{\text{H}}_{2}}/p_{0}}}$

або після простих алгебраїчних перетворень:

$E_{H}={\frac {2,303RT}{F}}\cdot {\text{pH}}+{\frac {2,303RT}{2F}}\lg {\frac {p_{{\text{H}}_{2}}}{p_{0}}}$

де

• $a_{{\text{H}}^{+}}$ — активність катіонів водню в розчині
• pH — водневий показник
• $p_{{\text{H}}_{2}},p_{0}$ — парціальний тиск водню й стандартний тиск (1 атм) відповідно
• R — універсальна газова стала
• F — стала Фарадея
• T — [[термодинамічна температура]

Джерела

• Глосарій термінів з хімії // Й.Опейда, О.Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет — Донецьк: «Вебер», 2008. — 758 с. — ISBN 978-966-335-206-0