Elektrodenpotentiale

Elektrodenpotentiale bezeichnen das Gleichgewichtspotential einer Halbzelle, das sich an der Grenzfläche zwischen einem Elektrodenmaterial und der umgebenden Elektrolytlösung einstellt, wenn das Redox-Paar im Gleichgewicht ist. Sie hängen von der chemischen Natur des Redoxpaares, den Konzentrationen der beteiligten Spezies und der Temperatur ab. Standard-Elektrodenpotentiale, E°, beziehen sich auf Standardbedingungen (25 °C, Aktivitäten der Spezies gleich 1, 1 Mol Lösung bzw. 1 atm Gasdruck). Das Standardpotential eines Redoxpaares wird relativ zu einer Referenzelektrode gemessen; am häufigsten verwendet wird die Standard-Wasserstoffelektrode (SHE), für die E°H+/H2 = 0 V festgelegt ist.

In einer galvanischen Zelle ergibt sich das Gesamtpotential aus den Halbzellen: Ecell = E(Kathode) − E(Anode). Je höher das Potenzial einer Halbzelle gegenüber der anderen, desto stärker neigt sie dazu, Elektronen aufzunehmen oder abzugeben; Elektronen fließen spontan von der weniger positiven zur positiveren Reduktionsseite. Die Abhängigkeit der Potenziale vom Konzentrationszustand wird durch die Nernst-Gleichung beschrieben: E = E° − (RT/nF) ln Q; bei 25 °C vereinfacht sich dies zu E = E° − (0,05916/n) log10(Q). Dadurch ändern sich Elektrodenpotentiale mit der Ionenkonzentration, dem pH-Wert (insbesondere für H+/H2), der Temperatur und dem Druck der Gasphasen.

Elektrodenpotentiale finden breite Anwendung in der Bestimmung von galvanischer Korrosion, in Batterien und Brennstoffzellen, in der Elektroplattierung sowie in Sensorik und anderen Bereichen der Elektrochemie. Tabellen mit Standardpotentialen ermöglichen die Abschätzung der Tendenz verschiedener Redoxpaare, Elektronen aufzunehmen oder abzugeben.