Elettrodo standard a idrogeno

L'elettrodo standard a idrogeno (abbreviato in SHE o HSE, dall'inglese Standard Hydrogen Electrode) è uno storico elettrodo a gas, così schematizzato:

  Pt | H2 (1 atm) | H+ (1 M)

A tale elettrodo sono riferiti i potenziali standard di riduzione di tutte le coppie redox note.

È formato da un cilindro cavo di platino platinato, ossia platino ricoperto da un deposito di platino spugnoso per aumentarne la superficie specifica, immerso in una soluzione 1 M in ioni H⁺ (HCl 1 M) e sul quale viene fatto gorgogliare idrogeno gassoso alla pressione di una atmosfera.^[1]

La reazione redox che sta alla base di questo elettrodo è:

${\displaystyle {\ce {2 H+ (aq) + 2 e- <=>H2 (g)}}}$

Applicando l'equazione di Nernst si ottiene:

${\displaystyle E_{\mathrm {H^{+}/H_{2}} }=E_{\mathrm {H^{+}/H_{2}} }^{\circ }+{\frac {RT}{nF}}\ln {\frac {[\mathrm {H^{+}} ]^{2}}{p_{\mathrm {H_{2}} }}}}$

dove:

• ${\displaystyle E_{\mathrm {H^{+}/H_{2}} }}$ è il potenziale di riduzione della semireazione, misurato nel SI in ${\displaystyle \mathrm {V} }$;
• ${\displaystyle E_{\mathrm {H^{+}/H_{2}} }^{\circ }}$ è il potenziale di riduzione allo stato standard, misurato nel SI in ${\displaystyle \mathrm {V} }$ esso assume per convenzione valore nullo ad ogni temperatura e funge quindi da riferimento, ${\displaystyle E_{\mathrm {H^{+}/H_{2}} }^{\circ }=0,\!0\;\mathrm {V} }$^[1][2];
• ${\displaystyle R}$ è la costante dei gas, in unità SI pari a ${\displaystyle 8,\!314\;\mathrm {J} \,\mathrm {mol} ^{-1}\mathrm {K} ^{-1}}$;
• ${\displaystyle T}$ la temperatura assoluta, misurata nel SI in ${\displaystyle \mathrm {K} }$;
• ${\displaystyle F}$ la costante di Faraday, pari a ${\displaystyle 96485\;\mathrm {C} \,\mathrm {mol} ^{-1}}$;
• ${\displaystyle n}$ è il numero di elettroni scambiati nella semireazione, pari a 2 nel caso considerato;
• ${\displaystyle [\mathrm {H} ^{+}]}$ è la concentrazione di quantità di sostanza dello ione idrogeno;
• ${\displaystyle p_{\mathrm {H_{2}} }}$ è la pressione parziale dell'idrogeno gassoso^[3].

Se si considera ${\displaystyle T=298\,\mathrm {K} }$ e ${\displaystyle p_{\mathrm {H_{2}} }=1\;\mathrm {bar} }$ la relazione precedente può essere riarrangiata, in funzione del pH (${\displaystyle \mathrm {pH} =-\log[\mathrm {H^{+}} ]}$), ottenendo:

${\displaystyle E_{\mathrm {H^{+}} /\mathrm {H_{2}} }=-0,\!059\,\mathrm {pH} }$

Se la soluzione contenente ioni H⁺ non è quella standard, è possibile utilizzare l'elettrodo per effettuare misure analitiche di pH.

La difficile riproducibilità ha fatto sì che l'HSE sia ormai, nella pratica di laboratorio, soppiantato da elettrodi più evoluti e con migliore sensibilità e riproducibilità.