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Chemie für Mediziner: Redox-Reaktionen

pH-Abhängigkeit von Redox-Potenzialen

Das Potenzial der Standardwasserstoff-Elektrode ist abhängig vom pH-Wert. Dies wird aus der Reaktionsgleichung und der daraus formulierten Nernst'schen Gleichung deutlich:

2H3O++ 2e H2+ 2H2O
E = E 0 + 0,06 V z log ( [ Ox ] [ Red ] )

Das Standardpotenzial beträgt hierfür 0 V (bei einem pH-Wert von 0). Für die oxidierte Form wird die Protonen-Konzentration, für die reduzierte Form die H2-Konzentration eingesetzt. Bei einem Formelumsatz werden zwei Elektronen übertragen: z = 2.

E H 2 / H + = 0 + 0,06 V 2 log ( [ H 3 O + ] 2 [ H 2 O ] 2 [ H 2 ] )

Die Konzentration von Wasser ist um mindestens das 100fache größer als die Protonen-Konzentration (bei pH 1: [H3O+] = 0,1 molL-1 , [H2O] = 56 molL-1 ) und ändert sich daher bei der Reaktion praktisch nicht. Sie kann vernachlässigt werden. [H2] ist bei Standarddruck (1,013 bar) gleich eins. Die Nernst'sche Gleichung vereinfacht sich so zu:

E H 2 / H + = 0 + 0,06 V 2 log ( [ H 3 O + ] 2 ) = 0,06 V pH

Auch alle anderen Redox-Reaktionen, bei denen neben Elektronen auch Protonen ausgetauscht werden, sind pH-abhängig. Der pH-Wert beeinflusst somit die Potentiale dieser Redox-Prozese. Umgekehrt ist es möglich, durch entsprechende elektrochemische Zellen pH-Werte zu messen.

Hinweis
Folgende Zusammenhänge wurden für Gleichung benutzt:
log ( x 2 ) = 2 log ( x ) log ( [ H 3 O + ] ) = pH
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