Ein Nullpunkt für Potenziale
- Anknüpfung:Das Potenzial einer einzelnen Halbzelle ist nicht messbar — nur die Spannung zwischen zwei Halbzellen.
- Idee:Eine Halbzelle als Bezug festlegen und ihr das Potenzial null geben — wie Normalnull bei Höhenangaben.
- Aufbau:Platiniertes Platinblech, umspült von Wasserstoff (\(p = 1013\,\text{hPa}\)), in saurer Lösung mit \(c(\ce{H3O+}) = 1\,\text{mol/L}\) bei 25 °C.
- Platinierung:Feinverteiltes Platin (Platinmohr) bietet eine große Oberfläche und katalysiert die Einstellung des Gleichgewichts.
- Rolle des Platins:nur Elektronenleiter wie bei den Ionen-Halbzellen — umgesetzt wird das Paar \(\ce{H2}/\ce{H3O+}\).
Standard-Wasserstoffelektrode (SHE): \(\ce{H2 + 2 H2O <=> 2 H3O+ + 2 e-}\), festgelegt: \(E^\circ(\ce{H2}/\ce{H3O+}) = 0{,}00\,\text{V}\)
Problem: Gemessen werden kann nur die Spannung zwischen zwei Halbzellen, nicht das Potenzial einer einzelnen.
Aufbau: Platiniertes Platinblech in saurer Lösung mit \(c(\ce{H3O+}) = 1\,\text{mol/L}\), umspült von \(\ce{H2}\) bei \(1013\,\text{hPa}\) und 25 °C; Platin ist nur Elektronenleiter und Katalysator.
Standardpotenziale messen
- Standardbedingungen:alle gelösten Teilchen \(c = 1\,\text{mol/L}\), Gase \(p = 1013\,\text{hPa}\), \(T = 298\,\text{K}\).
- Messung:Halbzelle über Salzbrücke mit der SHE verbinden, Spannung stromlos messen, SHE am COM-Eingang.
Wähle unten eine Halbzelle (Klick oder Tab und Enter), lies den Zeiger des Voltmeters ab und trage die Spannung mit Vorzeichen ein. Mit „Kabel tauschen“ siehst du, was passiert, wenn die Bezugselektrode am falschen Eingang hängt.
Halte fest: Liegt die Standard-Wasserstoffelektrode am COM-Eingang, zeigt das Voltmeter direkt das Standardpotenzial \(E^\circ\) der anderen Halbzelle — mit Vorzeichen. Negative Werte bedeuten: stärkerer Elektronendonator als Wasserstoff.
Standardpotenzial: \(E^\circ(\text{Ox}/\text{Red}) = U\) der Zelle aus SHE (COM) und Halbzelle unter Standardbedingungen
Standardbedingungen: Gelöste Teilchen \(c = 1\,\text{mol/L}\), Gase \(p = 1013\,\text{hPa}\), \(T = 298\,\text{K}\).
Messung: Die Halbzelle wird über eine Salzbrücke mit der SHE verbunden und die Spannung stromlos gemessen, die SHE am COM-Eingang.
Deutung: \(E^\circ < 0\): Red ist ein stärkerer Donator als \(\ce{H2}\); \(E^\circ > 0\): Ox ist ein stärkerer Akzeptor als \(\ce{H3O+}\).
- \(E^\circ < 0\):Halbzelle ist gegenüber der SHE Minuspol — Red ist ein stärkerer Donator als \(\ce{H2}\).
- \(E^\circ > 0\):Halbzelle ist Pluspol — Ox ist ein stärkerer Akzeptor als \(\ce{H3O+}\).
- Im Laboralltag:handliche Bezugselektroden wie Silber/Silberchlorid (\(E = +0{,}20\,\text{V}\)): \(E = U + E_{\text{Bezug}}\).
Allgemeine Hinweise
Null ist eine Festlegung
Die SHE hat nicht wirklich das Potenzial null — man hat es so vereinbart. Alle \(E^\circ\)-Werte sind deshalb Spannungen gegen die SHE, keine Absolutwerte.
Vorzeichen hängt vom Anschluss ab
Nur wenn die SHE am COM-Eingang liegt, zeigt das Voltmeter \(E^\circ\) mit richtigem Vorzeichen. Vertauschte Kabel liefern denselben Betrag mit falschem Vorzeichen.
Bezugselektrode umrechnen
Gemessen gegen Silber/Silberchlorid? Einfach \(0{,}20\,\text{V}\) addieren: \(E = U + 0{,}20\,\text{V}\). So kommen Laborwerte auf die SHE-Skala.