Sensorik/Aktorik

– edel: E 0 > −0, 4V
– unedel: E 0 < −0, 4V
• auch Redoxvorgänge (Fe 2+ und Fe 3+ ) erzeugen Potential
10.2 Elektroden
Redoxelektrode (homogenes System): inerte Elektrode (Platin) in Elektrolyten (z.B. Fe 2+ und
Fe 3+ )
Redoxelektrode (heterogenes System): gasumspültes Platin
• Normal-Wasserstoffelektrode (E 0 = 0)
• E H2 = E H 0
2
+ RT/2F · ln(a H +/a H2 )
Ionenelektrode erster Art: Metallelektrode, die in eine Elektrolytlösung taucht, die das Elektrodenmaterial
als Ion enthält (a 0 = 1mol/l)
• Vorteil: Ionensensitiv
• Nachteil: oxidationsempfindlich oder leicht korrodierbar
• E = E 0 + RT/zF ln a Me z+
Ionenelektrode zweiter Art: Metallelektroden, die mit einem schwer löslichen Salz überzogen sind
(z.B. Ag/AgCl) und in eine Elektrolytlösung eintauchen, welche ein gemeinsames Anion hat
• Standard-Refenzelektrode (leichter handhabbar als Wasserstoffelektrode)
• selektiv auf das Anion des Salzes
• Sauerstoffelektrode (Metall und unlösliches Oxid): Sb/Sb 2 O 3 (pH-Wert-Messung)
• Brückenelektrolyt mit gleicher Beweglichkeit von Anionen und Kationen verhindert Änderung
des Diffusionspotentials
weitere Elektrodentypen: siehe 10.4.1 bis 10.4.4
Vorgänge an der Elektrodenoberfläche (Elektrode erster Art)
• Auflösung des Metalls an der Oberfläche → Aufladung
• Hydratisierung der Metallionen → Behinderung der Rekombination
→ Ausbildung einer ladungsfreien Doppelschicht (Kondensator)
– linearer Potentialabfall (Galvani-Spannung)
– durch thermische Bewegung: diffuse Raumladung (elektrokinetischer Schwanz des Potentials
in die Flüssigkeit hinein; Höhe: Zeta-Potential ζ)
– genaueres Modell: Helmholtz-Flächen
∗ innere Helmholtzfläche: Wassermoleküle und partiell desolvatisierte Ionen
∗ äußere Helmholtzfläche: hydratisierte Ionen
• Ersatzschaltbild: Kondensator mit Parallelwiderstand R F , der die Hemmung des Stromübertritts
von der Elektrode in die Lösung angibt
– R → ∞: ideal polarisierbare Elektrode, kein Ladungstransport
– R → 0: ideal unpolarisierbare Elektrode (Bezugselektrode)
• Reaktionsgeschwindigkeit wird bestimmt durch den Materietransport und die Reaktionsgeschwindigkeit
an der Elektrodenoberfläche
10.3 Potentialbildung im Elektrolyten
10.3.1 Diffusionspotential Φ D
• Diffusionsgradient von unterschiedlichen Ionen
• z.B. wenn die Beweglichkeit von Anionen und Kationen verschieden ist
35