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:

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

Applicando l'equazione di Nernst si ottiene:

E_{\mathrm {H^{+}/H_{2}} }=E_{\mathrm {H^{+}/H_{2}} }^{\circ }+{\frac {RT}{nF}}\ln {\frac {[\mathrm {H^{+}} ]^{2}}{p_{\mathrm {H_{2}} }}}

dove:

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

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

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

^ ^a ^b Elettrochimica (PDF), su chimica.unipd.it. URL consultato il 19 ottobre 2010 (archiviato dall'url originale il 30 maggio 2009).
^ Zoski, p. 5.
^ 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.