Kupfer/Kupfersulfat-Elektrode

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Die Kupfer/Kupfersulfat-Elektrode ist eine Referenzelektrode erster Art.

Kupfer/Kupfersulfat-Elektrode schematisch
Kupfer/Kupfersulfat-Elektrode

Wird ein Kupferdraht in eine Lösung eingetaucht, so gehen Metallionen Cu2+ in Lösung und es stellt sich ein Elektrodenpotential ein. Diese Durchtrittsreaktion ist für die Elektrode die potentialbestimmende Reaktion.

$ Cu(s) \rightleftharpoons Cu^{2+}+2e^- $

Nach der Nernst-Gleichung folgt für das Elektrodenpotential

$ E=E^o_{Cu/Cu^{2+}}+{{RT} \over {2F}} \ln a_{Cu^{2+}} $

Das Potential der Elektrode hängt also nur von der Aktivität, bzw. Konzentration, der Kupferionen ab. Verwendet man als Lösung eine Kupfersulfatlösung, so ist die Konzentration der Kupferionen über das Löslichkeitsprodukt bei einer bestimmten Temperatur gegeben:

$ K=a_{Cu^{2+}} \cdot a_{SO^{-}_4}=const $

Mit einer konstanten Konzentration an Kupferionen wird somit ein konstantes Elektrodenpotential erreicht (Referenzelektrode).
Für praktische Anwendungen wird oft eine gesättigte Kupfersulfatlösung verwendet. Dies hat in erster Linie den Vorteil, dass die Funktionstüchtigkeit der Elektrode visuell überprüft werden kann: Solange blaue Kupfersulfatkristalle in der Lösung vorhanden sind ist diese gesättigt und damit das Potential konstant (bei einer bestimmten Temperatur).
Das Standardpotential der Kupfer/Kupfersulfat-Elektrode beträgt gegenüber der Standardwasserstoffelektrode 318 mV. Die Kupfer/Kupfersulfat-Elektrode wird mit der Abkürzung CSE bezeichnet (von engl. copper/coppersulfate-electrode).

Anwendung

  • Im Bauwesen werden Kupfer/Kupfersulfat-Elektroden für die Zustandserfassung von Stahlbetonbauwerken eingesetzt (Potentialmessung). Im Vergleich zu anderen Referenzelektroden sind die Kupfer/Kupfersulfat-Elektroden einfach herzustellen und außerdem sehr robust, weshalb sie sich für den Einsatz auf der Baustelle, bzw. am Objekt, gut eignen.

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