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{{出典の明記|date=2013年1月}} '''標準電極電位'''（ひょうじゅんでんきょくでんい、{{Lang-en-short|standard electrode potential}}）は、ある電気化学反応（電極反応）について、[[標準状態]]（反応に関与する全ての化学種の[[活量]]が1かつ[[化学平衡|平衡]]状態となっている時）の[[電極電位]]である。'''標準電位'''（ひょうじゅんでんい、{{Lang-en-short|standard potential}}）、'''標準還元電位'''（ひょうじゅんかんげんでんい、{{Lang-en-short|standard reduction potential}}）とも呼ばれる。<!--標準電極電位を使わなくても理論起電力は計算できる→ 標準電位を使うと、電池の[[起電力]]を計算することができる。--> == 理論 == 標準電極電位は[[標準水素電極]]の電位を基準（0 [[ボルト (単位)|ボルト]]）として表すと約束されている。したがって、標準水素電極と測定対象の電極を組み合わせて作った電池の標準状態における[[起電力]]は標準電極電位と等しい。このとき、規約により標準水素電極の電極反応は酸化反応（[[アノード]]反応）として表すことになっているので、測定対象電極の電極反応は全て還元反応（[[カソード]]反応）として表現される。 以下で具体例を挙げて説明する。 ===例：酸素還元反応の標準電極電位=== 例として、次のような酸素の還元反応の標準電極電位について考える。 :<math>\rm{O_2 + 4H^+ + 4e^- \longrightarrow 2H_2O}</math>（カソード反応） 基準となる標準水素電極の反応は次の通り。 :<math>\rm{2H_2 \longrightarrow 4H^+ + 4e^-}</math>（アノード反応） 上記の2つの電極反応による電池を考え、この電池の標準状態・平衡状態における[[電気化学ポテンシャル]]のつり合いを考えてゆく。 （ちなみにこの電池は、水素酸素[[燃料電池]]の反応そのものである。） 酸素電極（カソード）の還元反応については :<math>\mu_{\rm{O_2}} + 4\mu_{\rm{H^+}} + 4\mu^{\rm{c}}_{\rm{e^{-}}} = 2\mu_{\rm{H_2O}}</math> 水素電極（アノード）の酸化反応については :<math>2\mu_{\rm{H_2}} = 4\mu_{\rm{H^+}} + 4\mu^{\rm{a}}_{\rm{e^{-}}}</math> と表すことが出来る。（電子の電気化学ポテンシャルが酸素側（''μ''<sup>c</sup><sub>e<sup>-</sup></sub>）と水素側（''μ''<sup>a</sup><sub>e<sup>-</sup></sub>）で区別されていることに注意を要する。） 上記二つのポテンシャルの式を合わせて電池系全体のポテンシャルの釣り合いを考えると :<math>2\mu_{\rm{H_2}} + \mu_{\rm{O_2}} + 4\mu_{\rm{H^+}} + 4\mu^{\rm{c}}_{\rm{e^{-}}} = 2\mu_{\rm{H_2O}}+ 4\mu_{\rm{H^+}} + 4\mu^{\rm{a}}_{\rm{e^{-}}}</math> 単体の物質の標準生成[[ギブズエネルギー]]は0と約束されているので :<math>\mu_{\rm{H_2}} = \mu_{\rm{O_2}} \equiv 0 ~\rm{[J \cdot mol^{-1}]}</math> となるから、上の式を整理すると、 :<math> 4\mu^{\rm{c}}_{\rm{e^{-}}} = 2\mu_{\rm{H_2O}} + 4\mu^{\rm{a}}_{\rm{e^{-}}} ~~\therefore {\mu^{\rm{c}}_{\rm{e^{-}}} - \mu^{\rm{a}}_{\rm{e^{-}}}} = \frac{2\mu_{\rm{H_2O}}}{4} </math> ここで、この電池の起電力''E''は、水素電極の電極電位（''φ''<sup>a</sup>とおく）に対する酸素電極の電極電位（''φ''<sup>c</sup>とおく）との差だから、 :<math> E = (\phi^{c} - \phi^{a}) = \frac{ \mu^{\rm{c}}_{\rm{e^{-}}} - \mu^{\rm{a}}_{\rm{e^{-}}}}{-F} = \frac{ 2\mu_{\rm{H_2O}} }{-4F}~~(\because \mu^{\rm{c}}_{\rm{e^{-}}} - \mu^{\rm{a}}_{\rm{e^{-}}} = -F(\phi^{c} - \phi^{a})) </math> ここで、''F''は[[ファラデー定数]]である。 [[ネルンスト]]の提案により標準水素電極の電極電位（''φ''<sup>a</sup>）は0ボルトと約束されているので、 :<math> \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} </math> 以上より、酸素の還元反応O<sub>2</sub> + 4H<sup>+</sup> + 4e<sup>-</sup> → 2H<sub>2</sub>Oの標準電極電位は1.229ボルトとなる。 ===一般的な標準電極電位の求め方=== 一般に、電極反応におけるギブズエネルギー変化Δ<sub>r</sub>''G''<sup>0</sup>に対応する標準電極電位を''E''<sup>0</sup>とおくと、 :<math>\Delta _rG^\circ = -zFE^\circ</math> の関係がある。（<math>z</math>は対象となる電気化学反応にともなって移動する電子の数。<math>F</math>は[[ファラデー定数]]） == 代表的な標準電極電位 == <table width="100" border="0"> <tr> <td colspan="48"><div align="center">'''各単体における標準電極電位(V)'''</div></td> </tr> <tr> <td> </td> <td bgcolor="#fd7d31"> </td> <td bgcolor="#fd7d31"> </td> <td bgcolor="#fd7d31"> </td> <td bgcolor="#fd7d31"> </td> <td bgcolor="#fd7d31"> </td> <td bgcolor="#fd7d31"> </td> <td bgcolor="#fd7d31"> </td> <td bgcolor="#fd7d31"> </td> <td bgcolor="#fd7d31"> </td> <td bgcolor="#fd7d31"> </td> <td bgcolor="#fd7d31"> </td> <td bgcolor="#fd7d31"> </td> <td bgcolor="#fd7d31"> </td> <td bgcolor="#fd7d31"> </td> <td bgcolor="#fd7d31"> </td> <td bgcolor="#fd7d31"> </td> <td bgcolor="#fd7d31"> </td> <td bgcolor="#fd7d31"> </td> <td bgcolor="#fd7d31"> </td> <td bgcolor="#fd7d31"> </td> <td bgcolor="#fd7d31"> </td> <td bgcolor="#fd7d31"> </td> <td bgcolor="#fd7d31"> </td> <td bgcolor="#fd7d31"> </td> <td bgcolor="#fd7d31"> </td> <td bgcolor="#fd7d31"> </td> <td bgcolor="#fd7d31"> </td> <td bgcolor="#fd7d31"> </td> <td bgcolor="#fd7d31"> </td> <td bgcolor="#fd7d31"> </td> <td><div align="center">'''Li'''</div></td> <td colspan="16">-3.045</td> </tr> <tr> <td> </td> <td> </td> <td bgcolor="#fbbf33"> </td> <td bgcolor="#fbbf33"> </td> <td bgcolor="#fbbf33"> </td> <td bgcolor="#fbbf33"> </td> <td bgcolor="#fbbf33"> </td> <td bgcolor="#fbbf33"> </td> <td bgcolor="#fbbf33"> </td> <td bgcolor="#fbbf33"> </td> <td bgcolor="#fbbf33"> </td> <td bgcolor="#fbbf33"> </td> <td bgcolor="#fbbf33"> </td> <td bgcolor="#fbbf33"> </td> <td bgcolor="#fbbf33"> </td> <td bgcolor="#fbbf33"> </td> <td bgcolor="#fbbf33"> </td> <td bgcolor="#fbbf33"> </td> <td bgcolor="#fbbf33"> </td> <td bgcolor="#fbbf33"> </td> <td bgcolor="#fbbf33"> </td> <td bgcolor="#fbbf33"> </td> <td bgcolor="#fbbf33"> </td> <td bgcolor="#fbbf33"> </td> <td bgcolor="#fbbf33"> </td> <td bgcolor="#fbbf33"> </td> <td bgcolor="#fbbf33"> </td> <td bgcolor="#fbbf33"> </td> <td bgcolor="#fbbf33"> </td> <td bgcolor="#fbbf33"> </td> <td bgcolor="#fbbf33"> </td> <td><div align="center">'''K'''</div></td> <td colspan="16">-2.925</td> </tr> <tr> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td bgcolor="#fce232"> </td> <td bgcolor="#fce232"> </td> <td bgcolor="#fce232"> </td> <td bgcolor="#fce232"> </td> <td bgcolor="#fce232"> </td> <td bgcolor="#fce232"> </td> <td bgcolor="#fce232"> </td> <td bgcolor="#fce232"> </td> <td bgcolor="#fce232"> </td> <td bgcolor="#fce232"> </td> <td bgcolor="#fce232"> </td> <td bgcolor="#fce232"> </td> <td bgcolor="#fce232"> </td> <td bgcolor="#fce232"> </td> <td bgcolor="#fce232"> </td> <td bgcolor="#fce232"> </td> <td bgcolor="#fce232"> </td> <td bgcolor="#fce232"> </td> <td bgcolor="#fce232"> </td> <td bgcolor="#fce232"> </td> <td bgcolor="#fce232"> </td> <td bgcolor="#fce232"> </td> <td bgcolor="#fce232"> </td> <td bgcolor="#fce232"> </td> <td bgcolor="#fce232"> </td> <td bgcolor="#fce232"> </td> <td bgcolor="#fce232"> </td> <td bgcolor="#fce232"> </td> <td><div align="center">'''Ca'''</div></td> <td colspan="16">-2.840</td> </tr> <tr> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td bgcolor="#ffff00"> </td> <td bgcolor="#ffff00"> </td> <td bgcolor="#ffff00"> </td> <td bgcolor="#ffff00"> </td> <td bgcolor="#ffff00"> </td> <td bgcolor="#ffff00"> </td> <td bgcolor="#ffff00"> </td> <td bgcolor="#ffff00"> </td> <td bgcolor="#ffff00"> </td> <td bgcolor="#ffff00"> </td> <td bgcolor="#ffff00"> </td> <td bgcolor="#ffff00"> </td> <td bgcolor="#ffff00"> </td> <td bgcolor="#ffff00"> </td> <td bgcolor="#ffff00"> </td> <td bgcolor="#ffff00"> </td> <td bgcolor="#ffff00"> </td> <td bgcolor="#ffff00"> </td> <td bgcolor="#ffff00"> </td> <td bgcolor="#ffff00"> </td> <td bgcolor="#ffff00"> </td> <td bgcolor="#ffff00"> </td> <td bgcolor="#ffff00"> </td> <td bgcolor="#ffff00"> </td> <td bgcolor="#ffff00"> </td> <td bgcolor="#ffff00"> </td> <td bgcolor="#ffff00"> </td> <td><div align="center">'''Na'''</div></td> <td colspan="16">-2.714</td> </tr> <tr> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td bgcolor="#defd02"> </td> <td bgcolor="#defd02"> </td> <td bgcolor="#defd02"> </td> <td bgcolor="#defd02"> </td> <td bgcolor="#defd02"> </td> <td bgcolor="#defd02"> </td> <td bgcolor="#defd02"> </td> <td bgcolor="#defd02"> </td> <td bgcolor="#defd02"> </td> <td bgcolor="#defd02"> </td> <td bgcolor="#defd02"> </td> <td bgcolor="#defd02"> </td> <td bgcolor="#defd02"> </td> <td bgcolor="#defd02"> </td> <td bgcolor="#defd02"> </td> <td bgcolor="#defd02"> </td> <td bgcolor="#defd02"> </td> <td bgcolor="#defd02"> </td> <td bgcolor="#defd02"> </td> <td bgcolor="#defd02"> </td> <td bgcolor="#defd02"> </td> <td bgcolor="#defd02"> </td> <td bgcolor="#defd02"> </td> <td bgcolor="#defd02"> </td> <td><div align="center">'''Mg'''</div></td> <td colspan="16">-2.356</td> </tr> <tr> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td bgcolor="#9ffd02"> </td> <td bgcolor="#9ffd02"> </td> <td bgcolor="#9ffd02"> </td> <td bgcolor="#9ffd02"> </td> <td bgcolor="#9ffd02"> </td> <td bgcolor="#9ffd02"> </td> <td bgcolor="#9ffd02"> </td> <td bgcolor="#9ffd02"> </td> <td bgcolor="#9ffd02"> </td> <td bgcolor="#9ffd02"> </td> <td bgcolor="#9ffd02"> </td> <td bgcolor="#9ffd02"> </td> <td bgcolor="#9ffd02"> </td> <td bgcolor="#9ffd02"> </td> <td bgcolor="#9ffd02"> </td> <td bgcolor="#9ffd02"> </td> <td bgcolor="#9ffd02"> </td> <td><div align="center">'''Al'''</div></td> <td colspan="16">-1.676</td> </tr> <tr> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td bgcolor="#15fd02"> </td> <td bgcolor="#15fd02"> </td> <td bgcolor="#15fd02"> </td> <td bgcolor="#15fd02"> </td> <td bgcolor="#15fd02"> </td> <td bgcolor="#15fd02"> </td> <td bgcolor="#15fd02"> </td> <td bgcolor="#15fd02"> </td> <td><div align="center">'''Zn'''</div></td> <td colspan="16">-0.763</td> </tr> <tr> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td bgcolor="#00ff86"> </td> <td bgcolor="#00ff86"> </td> <td bgcolor="#00ff86"> </td> <td bgcolor="#00ff86"> </td> <td><div align="center">'''Fe'''</div></td> <td colspan="16">-0.440</td> </tr> <tr> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td bgcolor="#00ffec"> </td> <td bgcolor="#00ffec"> </td> <td bgcolor="#00ffec"> </td> <td><div align="center">'''Ni'''</div></td> <td colspan="16">-0.257</td> </tr> <tr> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td bgcolor="#02b1fd"> </td> <td><div align="center">'''Sn'''</div></td> <td colspan="16">-0.138</td> </tr> <tr> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td bgcolor="#4b62fe"> </td> <td><div align="center">'''Pb'''</div></td> <td colspan="16">-0.126</td> </tr> <tr> <td colspan="31"><div align="right">0.000</div></td> <td><div align="center">'''H'''</div></td> <td colspan="16"> </td> </tr> <tr> <td colspan="31"><div align="right">0.340</div></td> <td><div align="center">'''Cu'''</div></td> <td bgcolor="#8001fe"> </td> <td bgcolor="#8001fe"> </td> <td bgcolor="#8001fe"> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> </tr> <tr> <td colspan="31"><div align="right">0.796</div></td> <td><div align="center">'''Hg'''</div></td> <td bgcolor="#ac00ff"> </td> <td bgcolor="#ac00ff"> </td> <td bgcolor="#ac00ff"> </td> <td bgcolor="#ac00ff"> </td> <td bgcolor="#ac00ff"> </td> <td bgcolor="#ac00ff"> </td> <td bgcolor="#ac00ff"> </td> <td bgcolor="#ac00ff"> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> </tr> <tr> <td colspan="31"><div align="right">0.799</div></td> <td><div align="center">'''Ag'''</div></td> <td bgcolor="#f702fd"> </td> <td bgcolor="#f702fd"> </td> <td bgcolor="#f702fd"> </td> <td bgcolor="#f702fd"> </td> <td bgcolor="#f702fd"> </td> <td bgcolor="#f702fd"> </td> <td bgcolor="#f702fd"> </td> <td bgcolor="#f702fd"> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> </tr> <tr> <td colspan="31"><div align="right">1.188</div></td> <td><div align="center">'''Pt'''</div></td> <td bgcolor="#ff0093"> </td> <td bgcolor="#ff0093"> </td> <td bgcolor="#ff0093"> </td> <td bgcolor="#ff0093"> </td> <td bgcolor="#ff0093"> </td> <td bgcolor="#ff0093"> </td> <td bgcolor="#ff0093"> </td> <td bgcolor="#ff0093"> </td> <td bgcolor="#ff0093"> </td> <td bgcolor="#ff0093"> </td> <td bgcolor="#ff0093"> </td> <td bgcolor="#ff0093"> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> </tr> <tr> <td colspan="31"><div align="right">1.520</div></td> <td><div align="center">'''Au'''</div></td> <td bgcolor="#ff0046"> </td> <td bgcolor="#ff0046"> </td> <td bgcolor="#ff0046"> </td> <td bgcolor="#ff0046"> </td> <td bgcolor="#ff0046"> </td> <td bgcolor="#ff0046"> </td> <td bgcolor="#ff0046"> </td> <td bgcolor="#ff0046"> </td> <td bgcolor="#ff0046"> </td> <td bgcolor="#ff0046"> </td> <td bgcolor="#ff0046"> </td> <td bgcolor="#ff0046"> </td> <td bgcolor="#ff0046"> </td> <td bgcolor="#ff0046"> </td> <td bgcolor="#ff0046"> </td> <td> </td> </tr> </table> === 半反応式と標準電極電位 === :<math>\rm{F_2(g)+2e^-\rightarrow 2F^-(aq)}</math> <math>+2.87V\,</math> :<math>\rm{MnO_4^-(aq)+8H^+(aq)+5e^-\rightarrow Mn^{2+}(aq)+4H_2O(l)}</math> <math>+1.51V\,</math> :<math>\rm{Cl_2(g)+2e^-\rightarrow 2Cl^-(aq)}</math> <math>+1.36V\,</math> :<math>\rm{Cu^{2+}(aq)+2e^-\rightarrow Cu(s)}</math> <math>+0.34V\,</math> :<math>\rm{2H^+(aq)+2e^-\rightarrow H_2(g)}</math> <math>0V\,</math> :<math>\rm{Fe^{2+}+(aq)+2e^-\rightarrow Fe(s)}</math> <math>-0.44V\,</math> :<math>\rm{Zn^{2+}(aq)+2e^-\rightarrow Zn(s)}</math> <math>-0.76V\,</math> :<math>\rm{Al^{3+}(aq)+3e^-\rightarrow Al(s)}</math> <math>-1.68V\,</math> == 測定方法 == ある酸化還元反応の標準電極電位は、[[基準電極]]（参照電極）との[[電位差]]として、[[サイクリックボルタンメトリー]]等によって測定できる。ただし、[[溶媒]]や[[電極]]による影響を受け、また[[ネルンストの式]]にしたがって[[水素イオン指数]]によっても変化する。 == 標準電極電位を使った起電力の求め方 == ある全反応の <math>\Delta _rG^\circ</math> は、それを構成している還元半反応の <math>\Delta _rG^\circ</math> の差に等しい。したがって、2つの還元半反応を組み合わせた全反応の<math>E^\circ</math>の値は、それらの半反応の<math>E^\circ</math>の差に等しい。例えば、銅と亜鉛を使った電池の起電力は次のように求められる。 それぞれの還元半反応式は、 :<math>(1) \rm {\cdots Cu^{2+}(aq)+2e^-\rightarrow Cu(s)\,}</math> <math>\rm {E^\circ = +0.34V\,}</math> :<math>(2) \rm {\cdots Zn^{2+}(aq)+2e^-\rightarrow Zn(s)\,}</math> <math>\rm {E^\circ = -0.76V\,}</math> である。この差をとると、 :<math>(1-2) \rm {\cdots Cu^{2+}(aq)+Zn(s)\rightarrow Cu(s)+Zn^{2+}(aq)\,}</math> <math> \rm {E^\circ = +1.1V\,}</math> <math> \rm {E^\circ>0}</math>であるので、この反応は自発的に起こる。 <!-- == 参考文献 == <references/> --> == 関連項目 == * [[イオン化傾向]] * [[電気化学]] * [[ファラデーの電気分解の法則]] * [[電気分解]] * [[ボルタ電池]]（ガルバニ電池） * [[ダニエル電池]] {{DEFAULTSORT:ひようしゆんてんきよくてんい}} [[Category:電気化学]] [[Category:ポテンシャルエネルギー]]
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