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Elektrodensteilheit Die gibt an wie sich das Potential einer Elektrode und damit die Spannung einer galvanischen Zelle o

Elektrodensteilheit

Die Elektrodensteilheit gibt an, wie sich das Potential einer Elektrode und damit die Spannung einer galvanischen Zelle oder bei der Elektrolyse ändert, wenn die Konzentration eines gelösten Reaktionspartners um den Faktor Zehn geändert wird. Der theoretische Wert der Elektrodensteilheit wird auch Nernst-Faktor oder Nernst-Steigung genannt. Er tritt in der Nernst-Gleichung auf und hat den Wert R T ln(10) / ze F, ist also gleich dem Produkt aus der molaren Gaskonstante R, der absoluten Temperatur T und dem natürlichen Logarithmus aus 10, geteilt durch die Anzahl der Elektronen ze und der Faraday-Konstante F. Wird die Nernst-Gleichung mit natürlichen Logarithmen geschrieben, tritt der Umrechnungsfaktor ln(10) ≈ 2,302585 nicht auf, und man kann einen „natürlichen Nernst-Faktor“ angeben, der die Potentialänderung bei einer Konzentrationsänderung um den Faktor e angibt, mit der eulerschen Zahl e ≈ 2,71828.

Die Elektrodensteilheit ist für die Berechnung von Spannungen wichtig, besonders für

Besonders wichtige Werte sind die bei Raum- bzw. Standardtemperatur sowie die für die Körpertemperatur 37 °C.

Weicht die gemessene Elektrodensteilheit einer Elektrode (z. B. die einer pH-Elektrode mit ze = 1, gemessen in Puffern mit verschiedenem pH-Wert) stark vom Nernst-Faktor ab, so ist möglicherweise die Elektrode verschmutzt und sollte gereinigt werden. Viele geeignete Messgeräte bieten die Möglichkeit, durch eine Kalibrierung eine Steilheitskorrektur vorzunehmen, d. h. statt des theoretischen Nernst-Faktors die tatsächliche Steilheit der Elektrode zur Berechnung eines Anzeigewertes zu verwenden. Verbleiben nach einer Reinigung große Abweichungen von den Tabellenwerten, muss die Elektrode möglicherweise auch ersetzt werden. Beispielsweise wurde vorgeschlagen, pH-Elektroden zu verwerfen, deren Steigung bei Raumtemperatur nicht im Bereich 55 – 61 mV pro Änderung um eine pH-Einheit liegt.

Übersichtstabelle Bearbeiten

Temperatur natürlicher
Faktor
 Nernst-Faktor für
t T


0 °C 273,15 K 23,54 mV 54,20 mV 27,10 mV 18,07 mV
2 °C 275,15 K 23,71 mV 54,60 mV 27,30 mV 18,20 mV
4 °C 277,15 K 23,88 mV 54,99 mV 27,50 mV 18,33 mV
6 °C 279,15 K 24,06 mV 55,39 mV 27,69 mV 18,46 mV
8 °C 281,15 K 24,23 mV 55,79 mV 27,89 mV 18,60 mV
10 °C 283,15 K 24,40 mV 56,18 mV 28,09 mV 18,73 mV
11 °C 284,15 K 24,49 mV 56,38 mV 28,19 mV 18,79 mV
12 °C 285,15 K 24,57 mV 56,58 mV 28,29 mV 18,86 mV
13 °C 286,15 K 24,66 mV 56,78 mV 28,39 mV 18,93 mV
14 °C 287,15 K 24,74 mV 56,98 mV 28,49 mV 18,99 mV
15 °C 288,15 K 24,83 mV 57,18 mV 28,59 mV 19,06 mV
16 °C 289,15 K 24,92 mV 57,37 mV 28,69 mV 19,12 mV
17 °C 290,15 K 25,00 mV 57,57 mV 28,79 mV 19,19 mV
18 °C 291,15 K 25,09 mV 57,77 mV 28,89 mV 19,26 mV
19 °C 292,15 K 25,18 mV 57,97 mV 28,98 mV 19,32 mV
20 °C 293,15 K 25,26 mV 58,17 mV 29,08 mV 19,39 mV
21 °C 294,15 K 25,35 mV 58,37 mV 29,18 mV 19,46 mV
22 °C 295,15 K 25,43 mV 58,56 mV 29,28 mV 19,52 mV
23 °C 296,15 K 25,52 mV 58,76 mV 29,38 mV 19,59 mV
24 °C 297,15 K 25,61 mV 58,96 mV 29,48 mV 19,65 mV
25 °C 298,15 K 25,69 mV 59,16 mV 29,58 mV 19,72 mV
26 °C 299,15 K 25,78 mV 59,36 mV 29,68 mV 19,79 mV
27 °C 300,15 K 25,86 mV 59,56 mV 29,78 mV 19,85 mV
28 °C 301,15 K 25,95 mV 59,75 mV 29,88 mV 19,92 mV
29 °C 302,15 K 26,04 mV 59,95 mV 29,98 mV 19,98 mV
30 °C 303,15 K 26,12 mV 60,15 mV 30,08 mV 20,05 mV
31 °C 304,15 K 26,21 mV 60,35 mV 30,17 mV 20,12 mV
32 °C 305,15 K 26,30 mV 60,55 mV 30,27 mV 20,18 mV
33 °C 306,15 K 26,38 mV 60,75 mV 30,37 mV 20,25 mV
34 °C 307,15 K 26,47 mV 60,95 mV 30,47 mV 20,32 mV
35 °C 308,15 K 26,55 mV 61,14 mV 30,57 mV 20,38 mV
36 °C 309,15 K 26,64 mV 61,34 mV 30,67 mV 20,45 mV
37 °C 310,15 K 26,73 mV 61,54 mV 30,77 mV 20,51 mV
38 °C 311,15 K 26,81 mV 61,74 mV 30,87 mV 20,58 mV
39 °C 312,15 K 26,90 mV 61,94 mV 30,97 mV 20,65 mV
40 °C 313,15 K 26,99 mV 62,14 mV 31,07 mV 20,71 mV
45 °C 318,15 K 27,42 mV 63,13 mV 31,56 mV 21,04 mV
50 °C 323,15 K 27,85 mV 64,12 mV 32,06 mV 21,37 mV
55 °C 328,15 K 28,28 mV 65,11 mV 32,56 mV 21,70 mV
60 °C 333,15 K 28,71 mV 66,10 mV 33,05 mV 22,03 mV
65 °C 338,15 K 29,14 mV 67,10 mV 33,55 mV 22,37 mV
70 °C 343,15 K 29,57 mV 68,09 mV 34,04 mV 22,70 mV
75 °C 348,15 K 30,00 mV 69,08 mV 34,54 mV 23,03 mV
80 °C 353,15 K 30,43 mV 70,07 mV 35,04 mV 23,36 mV
85 °C 358,15 K 30,86 mV 71,06 mV 35,53 mV 23,69 mV
90 °C 363,15 K 31,29 mV 72,06 mV 36,03 mV 24,02 mV
95 °C 368,15 K 31,72 mV 73,05 mV 36,52 mV 24,35 mV
100 °C 373,15 K 32,16 mV 74,04 mV 37,02 mV 24,68 mV

Literatur Bearbeiten

  • Erich Meister: Grundpraktikum Physikalische Chemie. 2. Auflage, VDF Hochschulverlag AG an der ETH Zürich, Zürich 2012, ISBN 978-3-7281-3709-8.

Weblinks Bearbeiten

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Die Elektrodensteilheit gibt an wie sich das Potential einer Elektrode und damit die Spannung einer galvanischen Zelle oder bei der Elektrolyse andert wenn die Konzentration eines gelosten Reaktionspartners um den Faktor Zehn geandert wird Der theoretische Wert der Elektrodensteilheit wird auch Nernst Faktor oder Nernst Steigung genannt Er tritt in der Nernst Gleichung auf und hat den Wert R T ln 10 ze F ist also gleich dem Produkt aus der molaren Gaskonstante R der absoluten Temperatur T und dem naturlichen Logarithmus aus 10 geteilt durch die Anzahl der Elektronen ze und der Faraday Konstante F Wird die Nernst Gleichung mit naturlichen Logarithmen geschrieben tritt der Umrechnungsfaktor ln 10 2 302585 nicht auf und man kann einen naturlichen Nernst Faktor angeben der die Potentialanderung bei einer Konzentrationsanderung um den Faktor e angibt mit der eulerschen Zahl e 2 71828 Die Elektrodensteilheit ist fur die Berechnung von Spannungen wichtig besonders fur ionensensitive Elektroden einschliesslich der pH Elektrode Redoxelektroden und KonzentrationselementeBesonders wichtige Werte sind die bei Raum bzw Standardtemperatur sowie die fur die Korpertemperatur 37 C Weicht die gemessene Elektrodensteilheit einer Elektrode z B die einer pH Elektrode mit ze 1 gemessen in Puffern mit verschiedenem pH Wert stark vom Nernst Faktor ab so ist moglicherweise die Elektrode verschmutzt und sollte gereinigt werden Viele geeignete Messgerate bieten die Moglichkeit durch eine Kalibrierung eine Steilheitskorrektur vorzunehmen d h statt des theoretischen Nernst Faktors die tatsachliche Steilheit der Elektrode zur Berechnung eines Anzeigewertes zu verwenden Verbleiben nach einer Reinigung grosse Abweichungen von den Tabellenwerten muss die Elektrode moglicherweise auch ersetzt werden Beispielsweise wurde vorgeschlagen pH Elektroden zu verwerfen deren Steigung bei Raumtemperatur nicht im Bereich 55 61 mV pro Anderung um eine pH Einheit liegt Ubersichtstabelle BearbeitenTemperatur naturlicherFaktorR T F displaystyle tfrac RT F nbsp Nernst Faktor furt T z e 1 displaystyle z mathrm e 1 nbsp R T F ln 10 displaystyle tfrac RT F scriptstyle ln 10 nbsp z e 2 displaystyle z mathrm e 2 nbsp R T 2 F ln 10 displaystyle tfrac RT 2F scriptstyle ln 10 nbsp z e 3 displaystyle z mathrm e 3 nbsp R T 3 F ln 10 displaystyle tfrac RT 3F scriptstyle ln 10 nbsp 0 C 273 15 K 23 54 mV 54 20 mV 27 10 mV 18 07 mV2 C 275 15 K 23 71 mV 54 60 mV 27 30 mV 18 20 mV4 C 277 15 K 23 88 mV 54 99 mV 27 50 mV 18 33 mV6 C 279 15 K 24 06 mV 55 39 mV 27 69 mV 18 46 mV8 C 281 15 K 24 23 mV 55 79 mV 27 89 mV 18 60 mV10 C 283 15 K 24 40 mV 56 18 mV 28 09 mV 18 73 mV11 C 284 15 K 24 49 mV 56 38 mV 28 19 mV 18 79 mV12 C 285 15 K 24 57 mV 56 58 mV 28 29 mV 18 86 mV13 C 286 15 K 24 66 mV 56 78 mV 28 39 mV 18 93 mV14 C 287 15 K 24 74 mV 56 98 mV 28 49 mV 18 99 mV15 C 288 15 K 24 83 mV 57 18 mV 28 59 mV 19 06 mV16 C 289 15 K 24 92 mV 57 37 mV 28 69 mV 19 12 mV17 C 290 15 K 25 00 mV 57 57 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