ما هو قطب الهيدروجين القياسي (SHE)؟دليل الأقطاب الكهربائية المرجعية في الكيمياء الكهربية

قطب الهيدروجين القياسي (SHE) هو القطب المرجعي الأكثر استخدامًا لقياس جهد نصف الخلية.يتم تعيينه بشكل اعتباطي بجهد 0.000 فولت، مما يجعله نقطة مرجعية عالمية في الكيمياء الكهربية.ومع ذلك، غالبًا ما تستخدم التطبيقات العملية أقطابًا مرجعية أخرى مثل قطب كالوميل المشبع (SCE) أو قطب كلوريد الفضة/الفضة (Ag/AgCl) نظرًا لثباتها وسهولة استخدامها.وتتمتع هذه الأقطاب الكهربائية بإمكانيات معروفة بالنسبة إلى القطب الكهربائي المشبع ويتم اختيارها بناءً على التوافق مع العينة والظروف التجريبية.على سبيل المثال، يتم استخدام Ag/AgCl على نطاق واسع، ولكن إذا كانت العينة غير متوافقة مع أيونات الفضة أو الكلوريد، يمكن استخدام SCE أو بدائل أخرى.

شرح النقاط الرئيسية:

1. قطب الهيدروجين القياسي (SHE) كمرجع أساسي:

   • إن SHE هو القطب المرجعي الأساسي في الكيمياء الكهربائية، مع إمكانية مضبوطة اعتباطياً على 0.000 فولت.
   • وهو بمثابة خط الأساس لقياس إمكانات نصف الخلية، مما يسمح بمقارنة الأنظمة الكهروكيميائية المختلفة.
   • ومع ذلك، لا يكون القطب المرجعي الكهروكيميائي المرجعي عمليًا دائمًا للقياسات الروتينية بسبب تعقيده والحاجة إلى ظروف دقيقة (على سبيل المثال، غاز الهيدروجين عند 1 ضغط جوي وقطب بلاتيني).

2. الأقطاب الكهربائية المرجعية العملية الشائعة:

   • قطب الكالوميل المشبع (SCE):
     • يتكون من الزئبق وكلوريد الزئبق في محلول كلوريد البوتاسيوم المشبع.
     • تبلغ إمكاناته +0.241 فولت بالنسبة إلى SHE.
     • يُستخدم على نطاق واسع ولكنه يحتوي على الزئبق، مما يجعله غير مناسب لبعض التطبيقات مثل الأغذية أو المشروبات أو الدراسات البيئية.
   • قطب كلوريد الفضة/كلوريد الفضة (Ag/AgCl):
     • يتكون من سلك فضي مطلي بكلوريد الفضة مغمور في محلول كلوريد.
     • له جهد يتراوح بين +0.197 فولت إلى +0.222 فولت بالنسبة إلى كلوريد الفضة بالنسبة إلى كلوريد الفضة اعتمادًا على تركيز الكلوريد.
     • القطب المرجعي الأكثر استخدامًا نظرًا لثباته وقابليته للتكرار وسهولة استخدامه.
   • أقطاب مرجعية أخرى:
     • قطب كبريتات النحاس والنحاس (II) النحاسي (CSE):يُستخدم في تطبيقات محددة مثل دراسات التآكل، بإمكانية +0.314 فولت بالنسبة إلى SHE.
     • قطب كبريتات الزئبق والكبريتات الزئبقية:يُستخدم في البيئات غير المائية أو الحمضية، وتتراوح إمكاناته من +0.64 فولت إلى +0.68 فولت بالنسبة إلى SHE.

3. معايير اختيار الأقطاب الكهربائية المرجعية:

   • التوافق مع العينة:
     • يجب ألا يتفاعل القطب المرجعي مع العينة أو يلوثها.
     • على سبيل المثال، Ag/AgCl غير مناسب للعينات الحساسة لأيونات الفضة أو الكلوريد، مما يستلزم استخدام SCE أو بدائل أخرى.
   • الاستقرار وقابلية التكرار:
     • يجب أن يوفر القطب الكهربائي إمكانات مستقرة وقابلة للتكرار بمرور الوقت.
     • وهذا يضمن قياسات دقيقة ومتسقة في التجارب الكهروكيميائية.
   • اعتبارات البيئة والسلامة:
     • يتم تجنب الأقطاب الكهربائية القائمة على الزئبق مثل SCE في بعض التطبيقات بسبب المخاوف البيئية والصحية.
     • ويفضل استخدام البدائل غير السامة مثل Ag/AgCl في مثل هذه الحالات.

4. دور الأقطاب الكهربية المرجعية في القياسات الكهروكيميائية:

   • تكمل الأقطاب المرجعية الدائرة الكهربية في الخلية الكهروكيميائية، مما يوفر جهدًا ثابتًا يقاس عليه جهد القطب العامل.
   • وهي لا تمرر تيارًا، مما يضمن بقاء جهدها ثابتًا أثناء القياسات.
   • وتسمح الوصلة السائلة للقطب المرجعي بالتلامس مع العينة، مما يحافظ على التوصيلية الأيونية دون إدخال أخطاء كبيرة.

5. اعتبارات عملية للمشترين:

   • التكلفة والتوافر:
     • تكون أقطاب Ag/AgCl أكثر فعالية من حيث التكلفة ومتاحة على نطاق واسع بشكل عام مقارنةً بأقطاب SCE أو غيرها من الأقطاب الكهربائية المتخصصة.
   • سهولة الصيانة:
     • تتطلب بعض الأقطاب الكهربائية المرجعية صيانة منتظمة، مثل إعادة تعبئة محاليل الإلكتروليت أو التنظيف، وهو ما يجب أخذه في الاعتبار عند اختيار القطب الكهربائي.
   • المتطلبات الخاصة بالتطبيق:
     • يجب أن يتماشى اختيار القطب المرجعي مع الاحتياجات المحددة للتطبيق، مثل نطاق الأس الهيدروجيني ودرجة الحرارة وتكوين العينة.

وخلاصة القول، في حين أن القطب المرجعي SHE هو المعيار النظري لقياس جهد نصف الخلية، فإن التطبيقات العملية غالبًا ما تعتمد على أقطاب مرجعية مثل Ag/AgCl أو SCE نظرًا لثباتها وقابليتها للتكرار وسهولة استخدامها.يعتمد اختيار القطب المرجعي على عوامل مثل توافق العينة والاعتبارات البيئية والمتطلبات التجريبية.

جدول ملخص:

القطب المرجعي	الإمكانات (مقابل SHE)	الميزات الرئيسية	التطبيقات
قطب الهيدروجين القياسي (SHE)	0.000 V	مرجع عالمي، إعداد معقد	القياسات النظرية
كلوريد الفضة/الفضة (Ag/AgCl)	من +0.197 فولت إلى +0.222 فولت	مستقر وقابل للتكرار وسهل الاستخدام	يستخدم على نطاق واسع في المختبرات
قطب الكالوميل المشبع (SCE)	+0.241 V	يحتوي على الزئبق، أقل ملاءمة للبيئة	تم تجنبه في الدراسات الغذائية/البيئية
كبريتات النحاس-النحاس (II) (CSE)	+0.314 V	تستخدم في دراسات التآكل	تطبيقات صناعية محددة
كبريتات الزئبق والكبريتات الزئبقية	+0.64 فولت إلى +0.68 فولت	تستخدم في البيئات غير المائية/الحمضية	الدراسات الكهروكيميائية المتخصصة

هل تحتاج إلى مساعدة في اختيار القطب المرجعي المناسب لتطبيقك؟ اتصل بخبرائنا اليوم للحصول على مشورة شخصية!