Was ist Elektrodenpotential?
Das Elektrodenpotential ist das kombinierte Potential zweier Elektroden, die in einer Zelle Reaktionen eingehen. Typischerweise in Volt gemessen, kann es aufgrund der Substanzen, aus denen die Elektroden bestehen, unterschiedlich sein. Wasserstoff wird oft als Standard mit einem Potential von Null Volt angesehen, mit dem die Reaktionen anderer Elemente verglichen werden. Elektrochemische Prozesse können vorhergesagt werden, indem das Elektrodenpotential eines Materials sowie die Korrosionswahrscheinlichkeit unter bestimmten Umständen verstanden werden. Dieses Potential wird auch als Elektromotorische Kraft (EMK) bezeichnet und wird im Allgemeinen mit einer galvanischen Zelle gemessen, die aus zwei Kammern mit jeweils einer Elektrode besteht und durch ein Blatt Papier verbunden ist, das als Salzbrücke bezeichnet wird.
Der elektrische Strom einer Zelle wird typischerweise mit einem Voltmeter gemessen. Möglicherweise ist kein Strom vorhanden. Der Potentialunterschied zwischen den Elektroden ist in diesem Fall normalerweise derselbe wie die EMK der gesamten Zelle. Die EMF wird im Allgemeinen bei einer Temperatur von 77 ° F (etwa 25 ° C) und einem typischen atmosphärischen Druck auf Meereshöhe gemessen. Solche Bedingungen werden verwendet, um das Standardelektrodenpotential in einer Zwei-Halbzellen-Konfiguration zu messen. Eine Wasserstoffelektrode befindet sich typischerweise auf einer Seite dieses Layouts, während das Potential der einen auf der anderen Seite üblicherweise experimentell bestimmt wird.
Sobald dieser Standardwert abgeleitet ist, kann vorhergesagt werden, wie ein Stoff reagieren wird. Je höher ein negativer Wert des Potentials ist, desto wahrscheinlicher löst sich das Element normalerweise in einer Lösung auf. Bei nicht reaktiven Metallen wird häufig keine Reaktion beobachtet. Diese befinden sich normalerweise am Ende einer Standard-Elektrodenpotentialtabelle, die die EMK verschiedener Elementtypen angibt. Die Elemente sind im Allgemeinen in der Reihenfolge ihrer Neigung zur Reaktion angeordnet. Positiv geladene Elemente sind also höher, da sie häufiger reagieren als negativ geladene Substanzen.
Da Standardbedingungen nicht immer zur Verfügung stehen, kann das Elektrodenpotential mithilfe einer Berechnung mit der Bezeichnung Nernst-Gleichung bestimmt werden. Es berücksichtigt die Temperatur, eine Gaskonstante, die Anzahl der Teilchen, die als Elektronen bezeichnet werden, und die Ionenkonzentration. Während Wasserstoff die Standardreferenz ist, umfassen Elemente, die häufig für Elektroden verwendet werden, Zink und Kupfer, Eisen, Aluminium oder Calcium.
Das Elektrodenpotential jedes dieser Elemente wird verwendet, um die Spannung einer galvanischen Zelle zu berechnen. Manchmal wird auch eine separate Berechnung der atomaren Halbreaktionen verwendet, um die EMF abzuleiten. Der Prozess der Bestimmung des Potentials der Elektroden kann daher ein Verständnis der wissenschaftlichen Grundlagen sowie der Mathematik erfordern.