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Das Wasserstoff-Redox-Paar

Während es in der Chemie viele Redoxpaare gibt, beschäftigen wir uns bei der Diskussion von Wasserstoffwasser und ORP mit einem bestimmten Redoxpaar, dem Redoxpaar H+/ H2 4. Zuvor zeigten wir die Gleichung mit welcher die Redoxreaktion beschrieben werden kann, bei der zwei Wasserstoffionen (2H+) zwei Elektronen (2e-) aufnehmen, um ein Molekül H2-Gas zu bilden.

In Equation 3 nun können Sie die zwei Spezies sehen, aus denen das Redoxpaar besteht. „H+“ ist die oxidierte Form von Wasserstoff, die selbst keine Elektronen enthält, und „H2“ ist die reduzierte Form, die zwei Elektronen enthält (siehe Figure 3). Da das H+-Ion ein einzelnes Proton ist, das keine Elektronen spenden kann, kann es nur als Oxidationsmittel wirken und Elektronen aufnehmen.

Zusammenhang zwischen dem geloesten H2 - ph-Wert und Redoxpotential Oxidation Equation 3

Da das H2-Molekül umgekehrt zwei Elektronen enthält, kann es (unter den richtigen Bedingungen) diese abgeben und als reduzierendes (oder antioxidatives) Mittel wirken. Später werden wir sehen, wie die gleichzeitige Gegenwart von H2-Gas und H+-Ionen im Wasser ein negatives ORP erzeugt.

pH

Wie wir später sehen werden, hat der pH-Wert des getesteten Wasserstoffwassers einen starken Einfluss auf die ORP-Messung. Daher ist es wichtig, einige grundlegende Konzepte zum pH-Wert zu verstehen.

Wasserstoffionen sind die Säurekomponente in Wasser. Je höher also die H+-Io-nenkonzentration ist, desto saurer ist das Wasser. Der pH-Wert, der für „Potential von Wasserstoff“ (lateinisch „potentia Hydrogenii“) steht, ist ein Maß für die Konzentration von Wasserstoffionen (H+) im Wasser. Bei einer mengenmäßigen Betrachtung von Atomen, Molekülen, Ionen usw. können die Zahlen extrem groß oder klein werden.

Die pH-Skala wurde daher als eine bequeme Möglichkeit entwickelt, diese Arten von Zahlen in Zehnerpotenzen (Exponenten) auszudrücken, anstatt äquivalente (aber schwerfälligere) mathematische Ausdrücke wie 1×10-7 oder 0,0000001 zu verwenden.

Die pH-Skala, die von 0 bis 14 reicht, ist eine logarithmische Skala, in der die Konzentration von H+-Ionen als negative Potenz von 10 ausgedrückt wird. Equation 4 ist die Gleichung zur Berechnung des pH-Wertes.

Zusammenhang zwischen dem geloesten H2 - ph-Wert und Redoxpotential Oxidation und Reduktion Equation 4

Da der pH-Wert eine logarithmische Funktion ist, bedeutet jede Änderung des pH-Werts um den Wert 1 eine zehnfache Änderung der Wasserstoffionenkonzentration. Infolgedessen werden sehr große Änderungen der H+-Konzentration in Zehnerpotenzen ausgedrückt.
Das Vorhandensein des Minuszeichens vor der „log“-Funktion ermöglicht, dass der pH-Wert der Einfachheit halber nur in positiven Zahlen ausgedrückt wird, bedeutet aber auch, dass Erhöhungen des pH-Werts eine Abnahme der Konzentration darstellen (und umgekehrt).

Der Name „Wasserstoff“ kann sich auf eine von vier verschiedenen Arten beziehen:

1) H+, positives Wasserstoffion
2) H, Wasserstoffatom
3) H-, negatives Wasserstoffion
4) H2, Wasserstoffmolekül / molekularer Wasserstoff

 

Der Begriff „pH“ bezieht sich immer auf H+, das positive Wasserstoffion.

Zusammenhang zwischen dem geloesten H2 - ph-Wert und Redoxpotential Table 2

Ein pH-Wert von Null enthält daher eine sehr hohe Konzentration an H+-Ionen, während ein pH-Wert von 14 eine sehr niedrige H+- Konzentration aufweist. Das „Potential von Wasserstoff“ wird oft irrtümlich als „das Potential von Wasserstoffgas“ bezeichnet. Der pH-Wert ist jedoch nicht mit gelöstem H2-Gas verbunden.

Die Zugabe von reinem H2-Gas in Wasser (z.B. durch Sprudeln) ändert den pH-Wert des Wassers nicht. Bestimmte Verfahren zur Herstellung von Wasserstoffwasser können jedoch indirekt den pH-Wert des Wassers erhöhen.
Zum Beispiel wird in einem basischen Ionisierer während der Elektrolyse von Wasser (die H+-Ionen zu H2-Gas an der Kathode reduziert) der pH-Wert des Wassers erhöht. Der Anstieg des pH-Werts wird aber nicht durch die Anwesenheit von H2-Gas herbeigeführt. Der eigentliche Grund ist der Verbrauch von H+-Ionen (Säure) und die Zunahme des Gehalts an OH- -Ionen (Base).
Vor kurzem wurden neue Wasserstoffwasser-Technologien entwickelt, die darauf abzielen, den Gehalt an gelöstem Wasserstoff zu maximieren und gleichzeitigWasser mit einem pH-Wert nahe dem Neutralpunkt zu produzieren.

Table 2 zeigt die Beziehung zwischen dem pH-Wert und der Wasserstoffionenkonzentration. Die Konzentration von H+-Ionen bestimmt, ob das Wasser sauer (unter 7) oder basisch (über 7) ist, wobei 7 einen neutralen pH-Wert darstellt. Diese Tabelle hilft uns, die exponentielle (logarithmische) Beziehung zwischen dem pH-Wert und der tatsächlichen Anzahl (Konzentration) von H+-Ionen zu sehen. Da das H+-Ion eine der beiden Spezies im Redox-Paar ist, ist es nicht verwunderlich, dass der pH-Wert des Wassers einen direkten Einfluss auf die ORP-Messung hat. Im nächsten Abschnitt werden wir die Nernst-Gleichung vorstellen, ein mathematisches Werkzeug, das uns helfen wird, diesen Einfluss zu bewerten.

Auszug aus dem Buch von Randy Sharpe: “Der Zusammenhang zwischen gelöstem H2, pH-Wert und Redoxpotential”

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