Elektrodenpotenzial

Elektrodenpotenzial bezeichnet das Gleichgewichtspotenzial der Grenzfläche zwischen einer Elektrodenhalbzelle und der umliegenden Lösung. Es ist die elektrische Potenzialenergie, die durch den Austausch von Elektronen zwischen der Elektrode und der redoxaktiven Spezies festgelegt wird. Das Potenzial hängt von der Konzentration der Oxidations- bzw. Reduktionsformen, der Temperatur und dem Lösungsmittel ab und ist kein fester Materialwert, sondern variiert mit den Bedingungen.

Für eine definierte Halbzelle wird das Standardelektrodenpotential E° angegeben, gemessen unter Standardbedingungen (Aktivitäten der Lösungen 1, 25°C). Das Standardpotential dient als Referenzmaßstab für die Bestimmung des Zellpotenzials in Verbindung mit anderen Halbzellen. Die Beziehung zwischen Elektrodenpotenzial und Konzentration wird durch die Nernst-Gleichung beschrieben: E = E° − (RT/nF) ln Q, wobei Q das Reaktionsquotientenmaß der beteiligten Aktivitäten ist. Bei Ox + ne− ⇌ Red gilt Q = a_Red / a_Ox. Bei 25°C vereinfacht sich E = E° − (0,05916/n) log10(Q).

Elektrodenpotenziale werden mit Referenzelektroden gemessen; eine häufig verwendete Referenz ist die Standard-Wasserstoffelektrode (SHE, definierte Potenzialnull). Weitere Referenzen sind die Silber-Silberchlorid- oder Calomel-Elektrode. In der Praxis bestimmt man das Zellpotenzial als Differenz der Potenziale der beiden Elektroden: Ecell = E(Kathode) − E(Anode).

Anwendungen finden sich in Akkumulatoren, Brennstoffzellen, Korrosionsschutz und elektrochemischen Sensoren. Typische Standardpotentiale illustrieren unterschiedliche Tendenzen der Redoxpaare, z. B. Cu2+/Cu (+0,34 V) oder Zn2+/Zn (−0,76 V).