Elettrodo standard a idrogeno

Elettrodo standard a idrogeno.

L'elettrodo standard a idrogeno (abbreviato in SHE o HSE, dall'inglese Standard Hydrogen Electrode) è uno storico elettrodo a gas, così schematizzato: 

  Pt | H2 (1 atm) | H+ (1 M)

A tale elettrodo sono riferiti i potenziali standard di riduzione di tutte le coppie redox note.

È formato da un cilindro cavo di platino platinato, ossia platino ricoperto da un deposito di platino spugnoso per aumentarne la superficie specifica, immerso in una soluzione 1 M in ioni H+ (HCl 1 M) e sul quale viene fatto gorgogliare idrogeno gassoso alla pressione di una atmosfera.[1]

La reazione redox che sta alla base di questo elettrodo è:

2 H + ( aq ) + 2 e − ↽ − − ⇀ H 2 ( g ) {\displaystyle {\ce {2 H+ (aq) + 2 e- <=>H2 (g)}}}

Applicando l'equazione di Nernst si ottiene:

E H + / H 2 = E H + / H 2 ∘ + R T n F ln ⁡ [ H + ] 2 p H 2 {\displaystyle E_{\mathrm {H^{+}/H_{2}} }=E_{\mathrm {H^{+}/H_{2}} }^{\circ }+{\frac {RT}{nF}}\ln {\frac {[\mathrm {H^{+}} ]^{2}}{p_{\mathrm {H_{2}} }}}}

dove:

  • E H + / H 2 {\displaystyle E_{\mathrm {H^{+}/H_{2}} }} è il potenziale di riduzione della semireazione, misurato nel SI in V {\displaystyle \mathrm {V} } ;
  • E H + / H 2 ∘ {\displaystyle E_{\mathrm {H^{+}/H_{2}} }^{\circ }} è il potenziale di riduzione allo stato standard, misurato nel SI in V {\displaystyle \mathrm {V} } esso assume per convenzione valore nullo ad ogni temperatura e funge quindi da riferimento, E H + / H 2 ∘ = 0 , 0 V {\displaystyle E_{\mathrm {H^{+}/H_{2}} }^{\circ }=0,\!0\;\mathrm {V} } [1][2];
  • R {\displaystyle R} è la costante dei gas, in unità SI pari a 8 , 314 J m o l − 1 K − 1 {\displaystyle 8,\!314\;\mathrm {J} \,\mathrm {mol} ^{-1}\mathrm {K} ^{-1}} ;
  • T {\displaystyle T} la temperatura assoluta, misurata nel SI in K {\displaystyle \mathrm {K} } ;
  • F {\displaystyle F} la costante di Faraday, pari a 96485 C m o l − 1 {\displaystyle 96485\;\mathrm {C} \,\mathrm {mol} ^{-1}} ;
  • n {\displaystyle n} è il numero di elettroni scambiati nella semireazione, pari a 2 nel caso considerato;
  • [ H + ] {\displaystyle [\mathrm {H} ^{+}]} è la concentrazione di quantità di sostanza dello ione idrogeno;
  • p H 2 {\displaystyle p_{\mathrm {H_{2}} }} è la pressione parziale dell'idrogeno gassoso[3].

Se si considera T = 298 K {\displaystyle T=298\,\mathrm {K} } e p H 2 = 1 b a r {\displaystyle p_{\mathrm {H_{2}} }=1\;\mathrm {bar} } la relazione precedente può essere riarrangiata, in funzione del pH ( p H = − log ⁡ [ H + ] {\displaystyle \mathrm {pH} =-\log[\mathrm {H^{+}} ]} ), ottenendo:

E H + / H 2 = − 0 , 059 p H {\displaystyle E_{\mathrm {H^{+}} /\mathrm {H_{2}} }=-0,\!059\,\mathrm {pH} }


Se la soluzione contenente ioni H+ non è quella standard, è possibile utilizzare l'elettrodo per effettuare misure analitiche di pH.

La difficile riproducibilità ha fatto sì che l'HSE sia ormai, nella pratica di laboratorio, soppiantato da elettrodi più evoluti e con migliore sensibilità e riproducibilità.

Note

  1. ^ a b Elettrochimica (PDF), su chimica.unipd.it. URL consultato il 19 ottobre 2010 (archiviato dall'url originale il 30 maggio 2009).
  2. ^ Zoski, p. 5.
  3. ^ Più correttamente si dovrebbe considerare l'attività chimica delle specie considerate. Questa per specie in soluzione acquosa può essere ben approssimata con la concentrazione di quantità di sostanza e per specie gassose con la pressione parziale.

Bibliografia

  • (EN) Cynthia G. Zoski, Handbook of Electrochemistry, Elsevier Science, 2007, ISBN 978-0-444-51958-0.

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Collegamenti esterni

  • (EN) IUPAC Gold Book, "standard hydrogen electrode", su goldbook.iupac.org.
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