p HWerte messen mit Wasserstoffelektroden Endlich klappts Dr

p. H-Werte messen mit Wasserstoffelektroden – Endlich klappt‘s Dr. Tanja Kurzenknabe, Gaskatel Gmb. H Kassel Denise Böhm, Didaktik der Chemie, Universität Würzburg 18. 11. 2014, Bremerhaven

v p. H-Wert und Wasserstoffpotential v Wasserstoffelektrode - Hydro. Flex v Praktische Umsetzungen v Messung von Standardpotentialen v Konzentrationsabhängigkeit von Potentialen v Konzentrationszellen → p. H-Messungen v H 2 -p. H-Elektrode

p. H-Wert und Wasserstoffpotential p. H = - Log [H+] H 2 2 H+ + 2 e. E = E 0 + RT/z. F Ln [H+] E 0 = 0 V für H 2/H+ ∆E = 2. 303 RT/z. F p. H ØWasserstoffpotential hängt von der Protonenkonzentration ab Ø 2 Wasserstoffelektroden in Form einer Konzentrationskette aufgebaut liefern auf direktem Wege den p. H-Wert

Normgerechte Potentialmessung Wasserstoffreferenzelektrode: Per Definition ist das Potential 0 Volt bei allen Temperaturen. NHE – Normal-Wasserstoff-Elektrode Konzentration Säure c(H 3 O+) = 1 mol/L P(H 2) = 1. 013 bar = 101. 3 k. Pa T = 298. 15 K SHE – Standard-Wasserstoff-Elektrode Aktivität Säure a(H 3 O+) = 1 mol/L (z. B. Salzsäure c = 1. 18 mol/L) P(H 2) = 1. 000 bar = 100 k. Pa T = 298. 15 K Tabellenwerke geben Potentiale bezogen auf SHE an in der Praxis kommt NHE zum Einsatz

Wasserstoffelektrode in der Praxis Ø Umständlicher Aufbau Ø Reinigung und Platinierung des Blechs vor jeder Messung Ø Zeitaufwändig Ø Wasserstoffspeicher z. b. Druckflasche Ø Bisher nicht praktikabel Ø Es gibt eine praktische Lösung Platinelektrode, Gasröhrchen, 2 Glashalbzellen. Phywe Systeme Gmb. H & Co. KG, Göttingen

Hydro. Flex – die einfache Lösung Hydro. Flex –DIE Wasserstoffelektrode im Stiftformat • stabiles Wasserstoffpotential • interne Wasserstoffversorgung liefert H 2 für 6 Monate • arbeitet OHNE Innenelektrolyten • keine Verunreinigung der Messlösung durch Fremdionen

Hydro. Flex – Prinzip Hydro. Flex muss 24 h vor den Messungen aktiviert werden. Wasserstoffpotential Wasserstoffentwicklungszelle Nach Aktivierung muss Hydro. Flex in einem Elektrolyten (1 M HCl oder 1 M H 2 SO 4) aufbewahrt werden! Empfohlene Laufzeit: 6 Monate H+-sensitive Element: Platinnetz/Palladiumelektrode in einer PEEK-Hülse

Praktische Umsetzung

Hinführung Ø Hydro. Flex zur Messung von Standardpotentialen Ø Konzentrationsabhängigkeit von Potentialen Ø Konzentrationszellen → p. H-Messungen

Messung von Standardpotentialen Versuchsaufbau:

Ergebnisse Standardpotentiale E° theoretisch vs. experimentell theor. Li/Li+: -3, 05 V exp. Li/Li+: -3, 19 V theor. Zn/Zn 2+: -0, 76 V exp. Zn/Zn 2+: -0, 74 V theor. Sn/Sn 2+: -0, 14 V exp. Sn/Sn 2+: -0, 14 V theor. Cu/Cu 2+: 0, 34 V exp. Cu/Cu 2+: 0, 34 V theor. Ag/Ag+: 0, 8 V exp. Ag/Ag+: 0, 8 V -3. 5 -2. 5 -1. 5 -0. 5 E° in [V] 0. 5 1. 5 2. 5 3. 5

Konzentrationsabhängigkeit von Potentialen Versuchsaufbau:

Ergebnisse E°(Cu/Cu 2+) = 0. 34 V GG zw. Cu 2+-Ionen und [Cu(NH 3)4]2+ E(Cu/Cu 2+) = -0. 174 V

Konzentrationsabhängigkeit von Potentialen v Bildung eines Tetraaminkupfer(II)-Komplexes [Cu(NH 3)4] 2+ v Potentialänderung bis hin zu negativen Werten v Nernst‘sche Gleichung v Alternativ: auch mit Ag/Ag+-Halbzelle möglich

p. H-Messungen Versuchsaufbau:

p. H-Messungen Theorie: c 1 in mol/l p. H 1 c 2 in mol/l p. H 2 ∆E in Volt 1 0 0. 1 1 0. 059 1 0 0. 01 2 0. 118 1 0 0. 001 3 0. 177

p. H-Elektrode

Hydro. Flex vs. Hydro. Flex

Miniaturisierte Hydro. Flex Messingkopf mit 2 mm Kontaktbuchse Widerstand integriert 1 H 2 -Zelle PP-Kopf PEEK-Kapillare Durchmesser 1. 6 mm (außen) Länge 80 mm p. H-sensitive Pt/Pd. Elektrode Durchmesser 1 mm ☻ Keine Aktivierung mehr notwendig ☻ Laufzeit derzeit 12 Monate ☻ H 2 -Zelle austauschbar ☻ verbessertes Ansprechverhalten Miniaturisierte Variante Trocken lagerfähig?

Aus zwei mach eins Volt // p. H H 2 -Elektrode 2 Messelektrode RHE p. H-sensitive Pt/Pd-Elektrode H 2 -Elektrode 1 Referenz in 1 M HCl NHE Innenelektrolyt 1 M HCl Diaphragma (poröses PTFE)

H 2 -p. H-Elektrode Materialien Kopf: PVC-U Schaft: FEP Diaphragma: PTFE H 2 -Elektroden: PEEK Kontaktbuchse: Au/Messing H 2 -Elektrode 2 Messelektrode RHE H 2 -Elektrode 1 Referenz in 1 M HCl NHE Gesamtlänge: 140 mm Schaftlänge: 100 mm Durchmesser: 12 mm DE = ENHE – ERHE DE = 2. 303 RT/z. F p. H

Hydro. Flex-Starterset Im Komplettset zu 179 € Hydro. Flex Wasserstoffelektrode 159 € Ersatzcartridge 13. 50 € Kapillar-Hydro. Flex 159 € - Rabatt für Schulen möglich H 2 -p. H-Elektrode z. Zt. 400 €, Ziel < 200 € http: //shop. gaskatel. de oder per Email info@gaskatel. de

Bezugsquellen [1] Versuchsbeschreibungen: Schwab, M. ; Fachreferent für Chemie in Unterfranken; http: //www. fachreferent-chemie. de/ [2] Gaskatel Gmb. H, http: //www. gaskatel. de/ [3] Gaskatel Gmb. H, Referenzelektrode, http: //www. referenceelectrode. de/ [4] Cassy-System; LD Didactic Gmb. H; http: //www. ld-didactic. de/

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