Standardelektrodenpotentiale

Stellen Sie sich zwei Behälter mit unterschiedlichen Flüssigkeitsständen vor. Im angeschlossenen Zustand fließt die Flüssigkeit von der oberen in die untere Ebene. Durch die Messung der einzelnen Flüssigkeitsstände kann die Strömungsrichtung vorhergesagt werden.

Im Vergleich dazu hilft die Kenntnis der einzelnen Elektrodenpotentiale in einer galvanischen Zelle, das Oxidationsmittel, das Reduktionsmittel und den Fluss von Elektronen vorherzusagen. Dabei hat jede Halbzelle ihr entsprechendes Elektrodenpotential. Das Potential der einzelnen Elektroden kann jedoch nicht direkt gemessen werden, sondern nur die Potentialdifferenz zwischen den beiden Halbzellen. Wie wird es also berechnet?

Um die einzelnen Elektrodenpotentiale zu bestimmen, wird einer Elektrode ein Potential von Null zugewiesen, und die Potentiale der anderen Elektrode werden relativ dazu gemessen.

Die Elektrode mit einem Potential von Null ist die Wasserstoffelektrode unter Normalzustandsbedingungen, auch Standard-Wasserstoffelektrode oder SHE genannt. Die SHE wird bei 25 °C betrieben und besteht aus einer inerten Platinelektrode, die teilweise in 1 molare Salzsäure getaucht und einem Wasserstoffgasstrom bei 1 Atmosphäre ausgesetzt ist.

Wenn eine Zinkelektrode an die SHE angeschlossen wird, verringert sich ihre Masse, was auf ihre Oxidation zu Zn²⁺-Ionen hinweist. Die gleichzeitige Erhöhung der Produktion von Wasserstoffgas bedeutet eine Reduzierung der Wasserstoffionen.

Zink ist also die Anode und SHE die Kathode. Das Standardelektrodenpotential von Zink von -0,76 V weist auf ein größeres oxidatives Potenzial als das SHE hin.

Wenn jedoch eine Kupferelektrode mit der SHE verbunden ist, nimmt ihre Masse zu, da Cu²⁺ zu Kupfer reduziert wird. Kupfer ist also die Kathode und SHE die Anode. Das Standardreduktionspotenzial von Kupfer von +0,34 V weist auf ein größeres Reduktionspotenzial als das SHE hin.

Standardelektrodenpotentiale liefern ein Maß für die auftretenden Oxidationen oder Reduktionen – je positiver, desto größer ist die Tendenz zu einer Reduktion unter Standardbedingungen.

Die Richtung und Spontaneität einer Redoxreaktion werden durch die Untersuchung der einzelnen Standardelektrodenpotentiale bestimmt.

Eine positive Summierung der Elektrodenpotentiale impliziert eine spontane Reaktion. Bei einer galvanischen Kupfer-Zink-Zelle mit Zink als Anode und Kupfer als Kathode und einem Zellpotential von +1,10 V treten also beide Halbzellreaktionen spontan in Vorwärtsrichtung ab.

Schließlich ist das Standardelektrodenpotential eine intrinsische Eigenschaft und wird von keiner Änderung der Halbreaktionsstöchiometrie beeinflusst.