El electrodo de hidrógeno se basa en la media celda redox correspondiente a la reducción de dos protones hidratados , 2H + (aq) , en una molécula de hidrógeno gaseoso , H2 (g) .
Se pueden encontrar más detalles sobre la gestión de la fugacidad del gas para deshacerse de la unidad de presión en los cálculos termodinámicos en actividad termodinámica #Gases . El enfoque seguido es el mismo que para la actividad química y la concentración molar de solutos en solución. En el SHE el sistema utiliza hidrógeno puro ( ) a la presión estándar de 1 bar . Mientras tanto, la ecuación general SHE también se puede aplicar a otros sistemas termodinámicos con diferente fracción molar o presión total de hidrógeno.
Esta reacción redox ocurre en un electrodo de platino platinizado . El electrodo se sumerge en la solución ácida y se burbujea gas hidrógeno puro sobre su superficie. La concentración de las formas reducida y oxidada del hidrógeno se mantiene en la unidad. Eso implica que la presión del gas hidrógeno es 1 bar (100 kPa) y el coeficiente de actividad de los iones de hidrógeno en la solución es la unidad. La actividad de los iones de hidrógeno es su concentración efectiva, que es igual a la concentración formal multiplicada por el coeficiente de actividad . Estos coeficientes de actividad sin unidades son cercanos a 1,00 para soluciones acuosas muy diluidas, pero generalmente son más bajos para soluciones más concentradas.
La forma general de la ecuación de Nernst en equilibrio es la siguiente:
Esta última ecuación describe la línea recta con una pendiente negativa de -0,0591 voltios/unidad de pH que delimita la región de menor estabilidad del agua en un diagrama de Pourbaix donde se desprende hidrógeno gaseoso debido a la descomposición del agua.
Nota : como el sistema está en equilibrio químico , el gas hidrógeno, H 2 (g) , también está en equilibrio con el hidrógeno disuelto, H 2 (aq) , y la ecuación de Nernst tiene en cuenta implícitamente la ley de Henry para la disolución del gas. Por lo tanto, no es necesario considerar de forma independiente el proceso de disolución del gas en el sistema, ya que de facto ya está incluido.
ELLA vs NHE vs RHE
Durante los inicios del desarrollo de la electroquímica, los investigadores utilizaron el electrodo de hidrógeno normal como estándar para el potencial cero. Esto era conveniente porque en realidad podía construirse "[sumergiendo] un electrodo de platino en una solución de ácido fuerte 1 N y [burbujeando] gas hidrógeno a través de la solución a aproximadamente 1 atm de presión". Sin embargo, esta interfaz electrodo/solución se cambió posteriormente. Lo que lo reemplazó fue una interfaz teórica electrodo/solución, donde la concentración de H + era 1 M , pero se suponía que los iones H + no tenían interacción con otros iones (una condición no alcanzable físicamente en esas concentraciones). Para diferenciar este nuevo estándar del anterior, se le dio el nombre de 'electrodo de hidrógeno estándar'. [3] Finalmente, también existen electrodos de hidrógeno reversibles (RHEs), que son electrodos de hidrógeno prácticos cuyo potencial depende del pH de la solución. [4]
En resumen,
NHE (electrodo de hidrógeno normal): potencial de un electrodo de platino en solución ácida 1 M
SHE (electrodo de hidrógeno estándar): potencial de un electrodo de platino en una solución teórica ideal (el estándar actual para potencial cero para todas las temperaturas)
El potencial redox estándar del par de deuterio es ligeramente diferente del del par de protones (aprox. −0,0044 V frente a SHE). Se han obtenido varios valores en este rango: −0,0061 V, [7] −0,00431 V, [8] −0,0074 V.
También se produce una diferencia cuando se utiliza deuteruro de hidrógeno (HD, o hidrógeno deuterado, DH) en lugar de hidrógeno en el electrodo. [9]
solución del ácido con actividad de H + = 1 mol dm −3
hidrosello para prevenir la interferencia del oxígeno
depósito a través del cual se debe unir el segundo medio elemento de la celda galvánica. La conexión puede ser directa, a través de un tubo estrecho para reducir la mezcla, o mediante un puente salino , dependiendo del otro electrodo y solución. Esto crea un camino iónicamente conductor hacia el electrodo de trabajo de interés.
Ver también
Wikimedia Commons tiene medios relacionados con el electrodo de hidrógeno estándar.
^ Sergio Trasatti, "El potencial absoluto del electrodo: una nota explicativa (recomendaciones 1986)", Unión Internacional de Química Pura y Aplicada, Pure & AppL Chem., vol. 58, núm. 7, págs. 955–66, 1986. http://www.iupac.org/publications/pac/1986/pdf/5807x0955.pdf (pdf)
^ IUPAC , Compendio de terminología química , 2ª ed. (el "Libro de Oro") (1997). Versión corregida en línea: (2006–) "electrodo de hidrógeno estándar". doi :10.1351/libro de oro.S05917
^ Ramette, RW (octubre de 1987). "Terminología obsoleta: el electrodo de hidrógeno normal". Revista de Educación Química . 64 (10): 885. Código bibliográfico : 1987JChEd..64..885R. doi :10.1021/ed064p885.
^ Aserrador, DT; Sobkowiak, A.; Roberts, JL Jr. (1995). Electroquímica para químicos (2ª ed.). John Wiley e hijos.
^ Ives, DJG; Janz, GJ (1961). Electrodos de referencia: teoría y práctica . Prensa académica.
^ Znamirovschi, V. (enero de 1970). "Equilibrio isotópico en el electrodo de hidrógeno normal". Isótopos de isotopenpraxis en estudios ambientales y de salud . 6 (1): 29–31. Código bibliográfico : 1970IIEHS...6...29Z. doi :10.1080/10256017008621700.
^ Gary, Robert; Bates, Roger G.; Robinson, RA (mayo de 1964). "Termodinámica de soluciones de cloruro de deuterio en agua pesada de 5 a 50°". El diario de la química física . 68 (5): 1186-1190. doi :10.1021/j100787a037.
^ Wakao, S.; Yonemura, Y. (febrero de 1983). "Comportamiento de polarización anódica de electrodos de hidruro-deuteruro". Revista de los metales menos comunes . 89 (2): 481–488. doi :10.1016/0022-5088(83)90359-4.
enlaces externos
Palibroda, Evelina (enero de 1967). "Nota sobre la activación anódica de la superficie del soporte metálico del electrodo de hidrógeno". Revista de Química Electroanalítica y Electroquímica Interfacial . 15 : 92–95. doi :10.1016/0022-0728(67)85013-7.