표준 수소 전극

Standard hydrogen electrode

표준 수소 전극(약칭 SHE)은 산화 환원 전위의 열역학 척도의 기초를 이루는 산화 환원 전극입니다.절대전극전위는 25°C에서 4.44±0.02V로 추정되지만 다른 모든 전기반응과 비교하기 위해 수소의 표준전극전위(E°)를 기준으로 한다.모든 [1]온도에서 0V로 선언됩니다.다른 전극의 전위를 같은 온도에서 표준 수소 전극의 전위와 비교한다.

수소 전극은 산화환원 반전지를 기반으로 합니다.

2+ H(aq) + 2 e− → H2(g)

이 산화환원반응은 백금전극에서 일어난다.전극을 산성 용액에 담그고 그것을 통해 순수한 수소 가스가 거품을 일으킨다.환원형태와 산화형태의 농도가 모두 균일하게 유지된다.즉, 수소 가스의 압력이 1bar(100kPa)이고 용액 중 수소 이온의 활성 계수가 통일성이라는 것을 의미한다.수소 이온의 활성은 유효 농도이며, 이는 형식 농도에 활성 계수를 곱한 값과 같습니다.이러한 단위 없는 활성 계수는 매우 희박한 용액의 경우 1.00에 가깝지만, 일반적으로 농도가 높은 용액의 경우 더 낮습니다.네른스트 방정식은 다음과 같이 작성해야 합니다.

여기서:

  • a는H+ 수소 이온의 활성, aH+ = fCH+H+ / C입니다0.
  • p는H2 수소 가스의 분압(패스칼 단위), Pa
  • R은 범용 가스 상수입니다.
  • T는 온도(켈빈 단위)입니다.
  • F는 패러데이 상수(전자의 몰당 전하)로, 9.6485309 × 10C4−1 몰과 같다.
  • p는0 표준 압력, 10Pa5

She vs NHE vs RHE

전기 화학의 초기 개발 동안, 연구원들은 0 전위의 표준으로 일반적인 수소 전극을 사용했습니다.이것은 실제로 "백금 전극을 1N 강산 용액에 담그고 약 1atm 압력에서 수소가스를 용액에 [거품]으로써 구성할 수 있기 때문에 편리했습니다."그러나 이 전극/용액 계면은 나중에 변경되었습니다.이를 대체한 것은 이론적인 전극/용액 인터페이스로, H의+ 농도는 1M이지만 H이온은 다른+ 이온과 상호작용하지 않는 것으로 가정되었다(이러한 농도로 물리적으로 도달할 수 없는 상태).이 새로운 표준을 이전 표준과 차별화하기 위해 '표준 수소 전극'이라는 이름을 붙였습니다.[2] 마지막으로,[3] 용액의 pH에 따라 전위가 달라지는 실용적인 수소 전극인 RHE(Reversible Hydrogen Electric)라는 용어도 있습니다.


요약하자면

NHE(Normal Hydrogen 전극): 1M 산용액 중 백금 전극의 전위
표준수소전극(SHE): 이론적으로 이상적인 용액 중의 백금전극의 전위(전온 제로 전위의 현재 표준)
RHE(Reversible Hydrogen 전극): 전위가 용액의 pH에 따라 달라지는 실용적인 수소 전극

플래티넘 선택 가능

수소 전극에 백금이 선택되는 이유는 다음과 같습니다.

  • 백금의 불활성성(부식하지 않음)
  • 양성자 환원 반응을 촉매하는 백금의 능력
  • 백금의 양성자 감소를 위한 높은 고유 교환 전류 밀도
  • 전위의 뛰어난 재현성(두 개의 잘 만들어진 수소 전극을 [4]서로 비교할 때 10μV 미만의 바이어스)

플래티넘의 표면은 플래티넘화(즉, 플래티넘 블랙이라고도 하는 미세한 플래티넘 분말의 층으로 덮여 있음)되어 다음과 같이 처리됩니다.

  • 총 표면적을 늘립니다.이를 통해 반응 속도 및 가능한 최대 전류가 향상됩니다.
  • 수소를 표면에 잘 흡착하는 표면 재료를 사용한다.이것은 또한 반응 속도론을 향상시킨다.

다른 금속은 팔라듐 수소 전극과 같은 유사한 기능을 가진 전극을 만드는 데 사용될 수 있다.

방해다

백금 전극은 흡착활성이 높기 때문에 전극 표면과 용액을 유기물 및 대기 산소로부터 보호하는 것이 매우 중요합니다.전극에서 낮은 원자가 상태로 환원될 수 있는 무기 이온도 피해야 합니다3+(예2−
4: Fe, CrO).또한 백금 표면에서 수소에 의해 유기물이 환원되므로 이 또한 피해야 한다.

플래티넘을 감소시키고 퇴적시킬 수 있는 양이온(은, 수은, 구리, 납, 카드뮴, 탈륨)은 간섭의 원인이 될 수 있습니다.

촉매 사이트를 비활성화할 수 있는 물질에는 비소, 황화물 및 기타 유황 화합물, 콜로이드 물질, 알칼로이드 및 [5]생체계에서 발견되는 물질이 포함됩니다.

동위원소 효과

중수소 커플의 표준 산화환원 전위는 양성자 커플의 전위와 약간 다르다(ca).- 0.0044 V vs SHE)이 범위의 다양한 값은 -0.0061V,[6] -0.00431V,[7] -0.0074V입니다.

2+ D(aq) + 2− e → D2(g)

전극에 [8]수소 대신 중수소화수소를 사용했을 때도 차이가 발생한다.

건설

표준수소전극의 구성

표준 수소 전극의 구성:

  1. 백금 전극
  2. 수소 가스
  3. 활성도가+ H = 1 mol−3 dm인 산의 용액
  4. 산소 간섭을 방지하기 위한 하이드로씰
  5. 갈바닉 셀의 두 번째 반쪽 배기가 부착되어야 하는 저장고.다른 전극과 용액에 따라 혼합을 줄이기 위해 직접 연결하거나 좁은 튜브를 통해 연결하거나 소금 브릿지를 통해 연결할 수 있습니다.그러면 해당 작동 전극에 대한 이온 전도 경로가 생성됩니다.

「 」를 참조해 주세요.

Wikimedia Commons에는 표준 수소 전극 관련 미디어가 있습니다.

레퍼런스

  1. ^ IUPAC, 화학 용어집, 제2판('골드북') (1997).온라인 수정판: (2006–) "표준 수소 전극". doi:10.1351/goldbook.S05917
  2. ^ Ramette, R. W. (October 1987). "Outmoded terminology: The normal hydrogen electrode". Journal of Chemical Education. 64 (10): 885. Bibcode:1987JChEd..64..885R. doi:10.1021/ed064p885.
  3. ^ https://www.researchgate.net/post/Can_anyone_please_explain_me_the_difference_between_NHE_RHE_and_SHE_in_a_simple_way
  4. ^ Sawyer, D. T.; Sobkowiak, A.; Roberts, J. L., Jr. (1995). Electrochemistry for Chemists (2nd ed.). John Wiley and Sons.
  5. ^ Ives, D. J. G.; Janz, G. J. (1961). Reference Electrodes: Theory and Practice. Academic Press.
  6. ^ Znamirovschi, V. (January 1970). "Isotopie Equilibrium at the Normal Hydrogen Electrode". Isotopenpraxis Isotopes in Environmental and Health Studies. 6 (1): 29–31. doi:10.1080/10256017008621700.
  7. ^ Gary, Robert; Bates, Roger G.; Robinson, R. A. (May 1964). "Thermodynamics of Solutions of Deuterium Chloride in Heavy Water from 5 to 50°". The Journal of Physical Chemistry. 68 (5): 1186–1190. doi:10.1021/j100787a037.
  8. ^ Wakao, S.; Yonemura, Y. (February 1983). "Anodic polarization behaviour of hydride-deuteride electrodes". Journal of the Less Common Metals. 89 (2): 481–488. doi:10.1016/0022-5088(83)90359-4.

외부 링크

  • Palibroda, Evelina (January 1967). "Note sur l'activation anodique de la surface du métal support de l'électrode à hydrogène". Journal of Electroanalytical Chemistry and Interfacial Electrochemistry. 15: 92–95. doi:10.1016/0022-0728(67)85013-7.

[[ja:基準電極#標準水素電極]