Quecksilbercoulometer

In der Elektrochemie ist ein Quecksilbercoulometer ein Analyseinstrument , das Quecksilber zur Durchführung der Coulometrie (Bestimmung der Menge an Stoffen, die bei einer chemischen Reaktion umgewandelt werden, durch Messung des elektrischen Stroms ) verwendet , basierend auf der folgenden Reaktion: ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}$${\displaystyle {\ce {Hg^{2}+}}+{\ce {2e^{-}<=>Hg^{\circ }}}}$$

Diese Oxidations-/Reduktionsprozesse weisen innerhalb eines breiten Stromdichtebereichs eine 100%ige Effizienz auf. Die Messung der elektrischen Ladungsmenge ( Coulomb ) erfolgt durch die Messung der Massenänderung der Quecksilberelektrode . Die Elektrodenmasse kann sich bei der kathodischen Abscheidung von Quecksilberionen erhöhen oder bei der anodischen Auflösung des Metalls verringern. Dabei ist Q die elektrische Ladungsmenge, Δm die Massenänderung, F die Faraday - Konstante und M_{_Hg} die molare Masse von Quecksilber. $${\displaystyle Q={\frac {2\,\Delta m\,F}{M_{{\ce {Hg}}}}},}$$

Vor der Entwicklung der Festkörperelektronik wurden Coulometer (elektrochemische Betriebsstundenzähler, Zeitmessinstrumente) ^{[ 4 ]} als Langzeit-Betriebsstundenzähler (bis zu 25.000 Stunden) in elektronischen Geräten und anderen Vorrichtungen, unter anderem in den Raumfahrzeugen des Apollo-Programms , eingesetzt . Durch Anlegen eines konstanten, kalibrierten Stroms an das Coulometer lässt sich die verstrichene Zeit anhand der Bewegung eines Spalts zwischen Quecksilbertropfen visuell ablesen. ^{[ 5 ] [ 6 ]} Bekannte Hersteller waren beispielsweise HP mit Chronister und Curtis mit Indachron .

Dieses Coulometer existiert in verschiedenen Ausführungen, basiert aber stets auf Massenmessungen. Das Gerät besteht aus zwei durch ein dünnes, graduiertes Kapillarröhrchen verbundenen Reservoirs , die eine Quecksilber(II)-Ionen-Lösung als Elektrolyt enthalten. Jedes Reservoir enthält eine Elektrode, die in einen Quecksilbertropfen eingetaucht ist. Ein weiterer kleiner Quecksilbertropfen wird in das Kapillarröhrchen gegeben. Beim Anlegen eines Stroms löst sich das metallische Quecksilber auf der einen Seite des Tropfens im Kapillarröhrchen auf und scheidet sich auf der anderen Seite ab. Dieser Tropfen beginnt sich zu bewegen. Aufgrund der hohen Effizienz der Quecksilberabscheidung und -auflösung unter Stromeinfluss bleibt die Masse bzw. das Volumen dieses kleinen Tropfens konstant, und seine Bewegung ist linear mit der durchgeflossenen Ladung korreliert . Wird die Stromrichtung geändert , bewegt sich der Tropfen in die entgegengesetzte Richtung. Die Empfindlichkeit dieses Coulometertyps hängt vom Durchmesser des Kapillarröhrchens ab.

Eine andere Konstruktion besteht darin, lediglich eine mit Quecksilber gefüllte Kapillare mit Elektroden an beiden Enden zu verwenden, wobei das Quecksilber durch eine kleine Elektrolytblase mit einem parallel zur Kapillare verlaufenden Glasrohr in zwei Bereiche unterteilt wird. Die Kapillare ist mit einer Skala versehen, die als Zeitmesser dient. ^{[ 7 ]}

• Kupfercoulometer