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표준 전극 전위 (우박 순서로 극으로 있어, standard electrode potential)는, 어느 전기 화학 반응(전극 반응)에 대해서, 표준 상태 (반응에 관여하는 모든 화학종의 활동도 가 1) 한편 평형 상태가 되고 있을 때의 전극 전위 이다.표준 전위 (standard potential), 표준 환원 전위 (standard reduction potential)라고도 불린다.
목차
이론 표준 전극 전위는 표준 수소 전극 의 전위를 기준(0볼트 )으로서 나타낸다고 약속되고 있다. 따라서, 표준 수소 전극과 측정 대상의 전극을 조합해 만든 전지의 표준 상태에 있어서의 기전력 은 표준 전극 전위와 동일하다. 이 때, 규약에 의해 표준 수소 전극의 전극 반응은 산화 반응(어노드 반응)으로서 나타내게 되어 있으므로, 측정 대상 전극의 전극 반응은 모두 환원 반응(음극 반응)으로서 표현된다.
이하로 구체적인 예를 들어 설명한다.
례：산소 환원 반응의 표준 전극 전위 예로서 다음과 같은 산소의 환원 반응의 표준 전극 전위에 대해 생각한다.
O 2 + 4 H + + 4 e − ⟶ 2 H 2 O {\displaystyle {\rm {O_{2}+4H^{+}+4e^{-}\longrightarrow 2H_{2}O}}} 기준이 되는 표준 수소 전극의 반응은 다음 대로.
2 H 2 ⟶ 4 H + + 4 e − {\displaystyle {\rm {2H_{2}\longrightarrow 4H^{+}+4e^{-}}}} 상기의 2개의 전극 반응에 의한 전지를 생각해 이 전지의 표준 상태・평형 상태에 있어서의 전기 화학 포텐셜 의 균형을 생각해 간다. (덧붙여서 이 전지는, 수소 산소 연료 전지 의 반응 그 자체이다.)
산소극히(음극)의 환원 반응에 대해서는
μ O 2 + 4 μ H + + 4 μ e − c = 2 μ H 2 O {\displaystyle \mu _{\rm {O_{2}}}+4\mu _{\rm {H^{+}}}+4\mu _{\rm {e^{-}}}^{\rm {c}}=2\mu _{\rm {H_{2}O}}} 수소 전극(어노드)에 대해서는
2 μ H 2 = 4 μ H + + 4 μ e − a {\displaystyle 2\mu _{\rm {H_{2}}}=4\mu _{\rm {H^{+}}}+4\mu _{\rm {e^{-}}}^{\rm {a}}} (와)과 나타낼 수 있다.c e- )과 수소측(μa e- )에서 구별되고 있는 것에 주의를 필요로 한다.)
상기 두 개의 포텐셜의 식을 맞추어 전지계 전체의 포텐셜의 균형을 생각하면
2 μ H 2 + μ O 2 + 4 μ H + + 4 μ e − c = 2 μ H 2 O + 4 μ H + + 4 μ e − a {\displaystyle 2\mu _{\rm {H_{2}}}+\mu _{\rm {O_{2}}}+4\mu _{\rm {H^{+}}}+4\mu _{\rm {e^{-}}}^{\rm {c}}=2\mu _{\rm {H_{2}O}}+4\mu _{\rm {H^{+}}}+4\mu _{\rm {e^{-}}}^{\rm {a}}} 단체의 물질의 표준 생성 기브즈에네르기 는 0으로 약속되고 있으므로
μ H 2 = μ O 2 ≡ 0 [ J ⋅ m o l − 1 ] {\displaystyle \mu _{\rm {H_{2}}}=\mu _{\rm {O_{2}}}\equiv 0~{\rm {[J\cdot mol^{-1}]}}} 되기 때문에, 위의 식을 정리하면,
4 μ e − c = 2 μ H 2 O + 4 μ e − a ∴ μ e − c − μ e − a = 2 μ H 2 O 4 {\displaystyle 4\mu _{\rm {e^{-}}}^{\rm {c}}=2\mu _{\rm {H_{2}O}}+4\mu _{\rm {e^{-}}}^{\rm {a}}~~\therefore {\mu _{\rm {e^{-}}}^{\rm {c}}-\mu _{\rm {e^{-}}}^{\rm {a}}}={\frac {2\mu _{\rm {H_{2}O}}}{4}}} E 는, 수소 전극의 전극 전위(φa 와 둔다)에 대한 산소 전극의 전극 전위(φc 와 둔다)와의 차이이니까,
E = ( □ c − □ a ) = μ e − c − μ e − a − F = 2 μ H 2 O − 4 F ( ∵ μ e − c − μ e − a = − F ( □ c − □ a ) ) {\displaystyle E=(\phi ^{c}-\phi ^{a})={\frac {\mu _{\rm {e^{-}}}^{\rm {c}}-\mu _{\rm {e^{-}}}^{\rm {a}}}{-F}}={\frac {2\mu _{\rm {H_{2}O}}}{-4F}}~~(\because \mu _{\rm {e^{-}}}^{\rm {c}}-\mu _{\rm {e^{-}}}^{\rm {a}}=-F(\phi ^{c}-\phi ^{a}))} 여기서, F 는 패러데이 정수 이다.
a )는 0볼트로 약속되고 있으므로,
E = □ c = 2 μ H 2 O − 4 F ( ∵ □ a ≡ 0 [ V ] ) = 2 × ( − 237.178 ) × 10 3 [ J ⋅ m o l − 1 ] − 4 × 9.64853415 × 10 4 [ C ⋅ m o l − 1 ] ≈ 1.229 [ V ] {\displaystyle {\begin{aligned}E=\phi ^{c}&={\frac {2\mu _{\rm {H_{2}O}}}{-4F}}~~(\because \phi ^{a}\equiv 0~{\rm {{[V]})}}\\&={\frac {2\times (-237.178)\times 10^{3}{\rm {[J\cdot mol^{-1}]}}}{-4\times 9.64853415\times 10^{4}{\rm {[C\cdot mol^{-1}]}}}}\approx 1.229{\rm {[V]}}\\\end{aligned}}} 이상부터, 산소의 환원 반응 O2 + 4 H+ + 4 e- →2 H2 O의 표준 전극 전위는 1.229볼트가 된다.
일반적인 표준 전극 전위의 구하는 방법 일반적으로, 전극 반응에 있어서의 기브즈에네르기 변화Δr G 0 에 대응하는 표준 전극 전위를 E 0 와 두면,
Δ r G ∘ = − z F E ∘ {\displaystyle \Delta _{r}G^{\circ }=-zFE^{\circ }} 의 관계가 있다.( z {\displaystyle z} F {\displaystyle F} 패러데이 정수 )
대표적인 표준 전극 전위 각 단체에 있어서의 표준 전극 전위(V)
Li
-3.045 K
-2.925 Ca
-2.840 Na
-2.714 Mg
-2.356 Al
-1.676 Zn
-0.763 Fe
-0.440 Ni
-0.257 Sn
-0.138 Pb
-0.126 0.000
H
0.340
Cu
0.796
Hg
0.799
Ag
1.188
Pt
1.520
Au
반반응식과 표준 전극 전위 F 2 ( g ) + 2 e − → 2 F − ( a q ) {\displaystyle {\rm {F_{2}(g)+2e^{-}\rightarrow 2F^{-}(aq)}}} M n O 4 − ( a q ) + 8 H + ( a q ) + 5 e − → M n 2 + ( a q ) + 4 H 2 O ( l ) {\displaystyle {\rm {MnO_{4}^{-}(aq)+8H^{+}(aq)+5e^{-}\rightarrow Mn^{2+}(aq)+4H_{2}O(l)}}} + 1.51 V {\displaystyle +1.51V\,} C l 2 + ( g ) + 2 e − → 2 C l − ( a q ) {\displaystyle {\rm {Cl_{2}+(g)+2e^{-}\rightarrow 2Cl^{-}(aq)}}} + 1.36 V {\displaystyle +1.36V\,} C u 2 + ( a q ) + 2 e − → C u ( s ) {\displaystyle {\rm {Cu^{2+}(aq)+2e^{-}\rightarrow Cu(s)}}} + 0.34 V {\displaystyle +0.34V\,} 2 H + ( a q ) + 2 e − → H 2 ( g ) {\displaystyle {\rm {2H^{+}(aq)+2e^{-}\rightarrow H_{2}(g)}}} 0 V {\displaystyle 0V\,} F e 2 + + ( a q ) + 2 e − → F e ( s ) {\displaystyle {\rm {Fe^{2+}+(aq)+2e^{-}\rightarrow Fe(s)}}} − 0.44 V {\displaystyle -0.44V\,} Z n 2 + ( a q ) + 2 e − → Z n ( s ) {\displaystyle {\rm {Zn^{2+}(aq)+2e^{-}\rightarrow Zn(s)}}} − 0.76 V {\displaystyle -0.76V\,} A l 3 + ( a q ) + 3 e − → A l ( s ) {\displaystyle {\rm {Al^{3+}(aq)+3e^{-}\rightarrow Al(s)}}} − 1.68 V {\displaystyle -1.68V\,}
측정 방법
표준 전극 전위를 사용한 기전력의 구하는 방법 어느 전반응의 Δ r G ∘ {\displaystyle \Delta _{r}G^{\circ }} Δ r G ∘ {\displaystyle \Delta _{r}G^{\circ }} E ∘ {\displaystyle E^{\circ }} E ∘ {\displaystyle E^{\circ }}
( 1 ) ⋯ C u 2 + ( a q ) + 2 e − → C u ( s ) {\displaystyle (1){\rm {\cdots Cu^{2+}(aq)+2e^{-}\rightarrow Cu(s)\,}}} E ∘ = + 0.34 V {\displaystyle {\rm {E^{\circ }=+0.34V\,}}} ( 2 ) ⋯ Z n 2 + ( a q ) + 2 e − → Z n ( s ) {\displaystyle (2){\rm {\cdots Zn^{2+}(aq)+2e^{-}\rightarrow Zn(s)\,}}} E ∘ = − 0.76 V {\displaystyle {\rm {E^{\circ }=-0.76V\,}}} 이다.이 차이를 취하면,
( 1 − 2 ) ⋯ C u 2 + ( a q ) + Z n ( s ) → C u ( s ) + Z n 2 + ( a q ) {\displaystyle (1-2){\rm {\cdots Cu^{2+}(aq)+Zn(s)\rightarrow Cu(s)+Zn^{2+}(aq)\,}}} E ∘ = + 1.1 V {\displaystyle {\rm {E^{\circ }=+1.1V\,}}} E ∘ > 0 {\displaystyle {\rm {E^{\circ }>0}}}
관련 항목 
![\mu_{\rm{H_2}} = \mu_{\rm{O_2}} \equiv 0 ~\rm{[J \cdot mol^{-1}]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/00093775c2bf03fbac9fb895a4b4a7c5139cb032)
![\begin{align} E = \phi^{c} &= \frac{2\mu_{\rm{H_2O}}}{-4F}~~(\because \phi^{a} \equiv 0~\rm{[V]}) \\ &= \frac{2 \times(-237.178)\times10^3 \rm{[J \cdot mol^{-1}]}}{-4 \times 9.64853415 \times 10^4 \rm{[C \cdot mol^{-1}]}} \approx 1.229\rm{[V]} \\ \end{align}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/489a36b878f475a7455f40334d18acfd9d2cdd44)
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