Die Wasserstoffelektrode und Standardpotentiale in der Elektrochemie
Die Redoxreaktionen in sauren und alkalischen Lösungen bilden die Grundlage für das Verständnis der Wasserstoffelektrode, einem fundamentalen Konzept der Elektrochemie. Die Wasserstoffelektrode besteht aus einem platinierten Platinblech, das in eine Lösung mit H3O+-Ionen eintaucht und von Wasserstoffgas umspült wird. Der besondere Aufbau ermöglicht die Entstehung eines definierten elektrochemischen Potentials.
Definition: Die Standardwasserstoffelektrode NHE ist das Referenzsystem der Elektrochemie mit einem festgelegten Standardpotential von 0 Volt bei Standardbedingungen c(H3O+ = 1 mol/L, pH2 = 1,013 bar).
Der Mechanismus der Wasserstoffelektrode basiert auf zwei wesentlichen Prozessen: Zunächst erfolgt die Physisorption des molekularen Wasserstoffs an der Platinoberfläche, gefolgt von der Chemisorption, bei der die H-H-Bindung gespalten wird. Das fein verteilte Platin fungiert dabei als Katalysator und ermöglicht die Einstellung des Gleichgewichts H2 + 2H2O ⇌ 2H3O+ + 2e-.
Die praktische Bedeutung der Wasserstoffelektrode liegt in ihrer Verwendung als Referenzelektrode zur Bestimmung von Standardpotentialen anderer elektrochemischer Systeme. Durch Messung der Zellspannung eines galvanischen Elements, bei dem eine Halbzelle gegen die Standardwasserstoffelektrode geschaltet ist, können die Standardpotentiale verschiedener Redoxsysteme ermittelt werden.