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2025-02-15T11:06:30Z

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Eine '''Reversible Wasserstoffelektrode''' ([[Englische Sprache|engl.]] {{lang|en|''reversible hydrogen electrode''}}, kurz RHE) stellt eine spezielle [[Elektrode]] bei [[elektrochemie|elektrochemischen]] Prozessen dar. Sie ist eine [[Referenzelektrode]] vom Typ der [[Wasserstoffelektrode]]n und unterscheidet sich von den [[Standard-Wasserstoffelektrode]]n dadurch, dass sich das gemessene [[Elektrodenpotential|Potential]] ''nicht'' mit dem [[pH-Wert]] ändert, sodass sie direkt in den [[Elektrolyte]]n eingesetzt werden kann.

Die Bezeichnung bezieht sich darauf, dass die Elektrode sich im eigentlichen Messelektrolyten befindet, sie ist ''nicht'' durch eine [[Salzbrücke]] getrennt. Die [[Proton (Chemie)|Wasserstoffionen]][[Konzentration (Chemie)|konzentration]] ist daher nicht 1, sondern entspricht der des Messelektrolyten; auf diese Weise kann man erreichen, dass sich das gemessene Potential nicht mit dem [[pH-Wert]] ändert.

Bei 25 °C stellt sich das Potential der RHE also nach dem pH-Wert ein zu:

:<math>E_{\mathrm{RHE}} = 0~\mathrm{V} - 0{,}059~\mathrm{V} \cdot \text{pH}</math>

mit der Einheit [[Volt]] (V).

Allgemein läuft an Wasserstoffelektroden folgende Reaktion ab:

::<math> 2\; \mathrm{H_3 O^+} \; + \; 2\; \mathrm{e^-} \quad \rightleftarrows \quad \mathrm{H_2} \; + \; 2\; \mathrm{H_2 O}</math>

mit
* [[Oxonium]]<nowiki></nowiki>ionen <math>\mathrm{H_3 O^+}</math>
* [[Elektron]]en <math>\mathrm{e^-}</math>
* [[Wasserstoff]] <math>\mathrm{H_2}</math>
* [[Wasser]] <math>\mathrm{H_2 O}</math>.

Allgemein gilt für Wasserstoffelektroden gemäß der [[Nernst-Gleichung|Nernstschen Gleichung]] folgende Abhängigkeit des [[Gleichgewichtspotential]]s <math>E</math> vom Wasserstoff[[Druck (Physik)|druck]] <math>p\mathrm{[H_2]}</math> und von der [[Aktivität (Chemie)|Aktivität]] <math>a\mathrm{[H_3 O^+]}</math> der Oxoniumionen:

:<math> E = E^{0} + \frac{R\;T}{F} \left( \ln \left( a[\mathrm{H_3 O^+}] \right) - \frac{1}{2}\ln\left( \;p[\mathrm{H_2}] \right) \right)</math>

Dabei ist
* dem [[Standardpotential]] <math>E^{0}</math> (per Definition gleich null)
* der [[Universelle Gaskonstante|Universellen Gaskonstante]] <math>R</math>
* der [[absolute Temperatur|absoluten Temperatur]] <math>T</math>
* der [[Faraday-Konstante]] <math>F</math>
* dem [[natürlicher Logarithmus|natürlichen Logarithmus]] <math>\ln</math>.
Siehe auch [[Elektrodensteilheit]].

Bei der [[Elektrolyse]] von Wasser treten noch [[Überspannung (Elektrochemie)|Überspannungen]] auf, d. h. die benötigte [[Zellspannung]] ist aufgrund kinetischer Hemmung höher als die [[Gleichgewichtsspannung]]. Die Überspannung steigt mit zunehmender [[Stromdichte]] an den Elektroden. Die Messung von Gleichgewichtspotenzialen erfolgt daher möglichst stromlos.

== Aufbau und Funktion ==
Die [[Reversible Reaktion|Reversible]] Wasserstoffelektrode besitzt einige Vorteile gegenüber anderen Referenzelektroden:
* Es gibt keine [[Stoffreinheit #Verunreinigung_(Kontamination)|Kontamination]] durch [[Chlorid|Cl−]] oder [[Sulfat|SO42−]]-[[Ion]]en, wie bei der [[Silber-Silberchlorid-Elektrode]] möglich.
* Es treten keine [[Diffusionspotential]]e an einer Salzbrücke auf.
* [[Langzeit-Experiment|Langzeitmessungen]] sind möglich, weil die Salzbrücke nicht ständig befüllt werden muss.
* Der Temperaturbereich ist sehr ausgedehnt (−20 °C bis +200 °C), weil die [[sieden]]de Flüssigkeit der Salzbrücke fehlt.
* Die Elektrode kann eine interne Wasserstoffversorgung für max. ein Jahr [[Betriebszeit]] enthalten,
* Eine [[porös]]e [[Platin]]/[[Palladium]]-Elektrode ist wesentlich stabiler gegen Verunreinigungen als ein oberflächlich platiniertes Blech.

== Bedeutung und Handhabung ==
[[Datei:Hydroflex-Kalomel-in-H2SO4.jpg|miniatur]]
[[Datei:Hydroflex-Kalomel-in-KOH.jpg|miniatur]]
Die Reversible Wasserstoffelektrode hat sich zwischenzeitlich bei der Messung in stark [[Säure|sauren]] oder [[Alkalische Lösung|alkalischen]] Medien etabliert. Hier hat diese Elektrode das System [[Quecksilber]]/[[Quecksilber(II)-oxid]] ersetzt, aufgrund der [[Giftigkeit]] des Quecksilbers, und weil die üblichen [[Glas]]<nowiki></nowiki>körper der Referenzelektroden von den konzentrierten Laugen angegriffen werden.

In den Abbildungen zeigt sich, wie die Kennlinie – hier ein Deckschichtdiagramm an Platin – sich in der Potentiallage verschieben, wenn die Messung mit einer reversiblen Wasserstoff-Referenzelektrode oder der bekannteren [[Kalomelelektrode]] durchgeführt wird.

In der [[Schwefelsäure]] bei pH 0 kann man erkennen, dass der Unterschied zwischen Kalomel- und Wasserstoffelektrode ca. 250 mV entspricht. Jedoch sind die Darstellungen gegen das reversible Wasserstoffpotential anschaulicher. Man kann die Wasserstoffentwicklung zuordnen, aber auch die Belegung der unterschiedlichen Platinoberflächen.

[[Kategorie:Elektrode (Elektrochemie)]]

[[ja:基準電極#可逆水素電極]]

Reversible Wasserstoffelektrode - Versionsgeschichte

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