Elettrodo standard a idrogeno

Per la determinazione del potenziale di una cella elettrochimica costituita da due semicelle in una delle quali avviene la semireazione di ossidazione e nell’altra quella di riduzione dobbiamo conoscere la scala dei potenziali normali di riduzione.

In condizioni standard ad ogni  semireazione di riduzione viene associato un potenziale la cui misurazione viene fatta rispetto a una semireazione di riferimento a cui, per convenzione, si associa il potenziale pari a zero.

Tale semireazione è la seguente:

2 H+(aq) + 2 e ⇌ H2(g)    E° = 0.0 V

L’elettrodo a idrogeno viene pertanto preso come elettrodo di riferimento; esso è costituito da un elettrodo di platino, opportunamente trattato, immerso in una soluzione contenente lo ione H+ a concentrazione 1 M, su cui viene fatto gorgogliare idrogeno gassoso alla pressione di 1 atm.

elettrodo a idrogeno

L’elettrodo di platino viene ricoperto da un deposito di platino spugnoso per aumentarne la superficie di contatto.

La semicella contenente l’elettrodo a idrogeno può essere scritta pertanto come:

Pt│ H2(g) , 2 H+aq

Applicando l’equazione di Nernst si ha:

E = E° + RT/2F ln [H+]2/ p H2

Alla temperatura di 25 °C e alla pressione di 1 atm la precedente equazione si riduce a:
E = – 0.059 pH

La tabella dei potenziali standard di riduzione viene quindi costruita in relazione all’elettrodo a idrogeno quindi, ad esempio, alla semireazione di riduzione Cu2+(aq)+ 2 e⇄ Cu(s) corrisponde un potenziale standard di riduzione di + 0.340 V il che implica che lo ione rame (II) presente in soluzione tende  ad acquistare elettroni riducendosi a rame metallico. Pertanto le due semireazioni che avvengono sono:

H2(g)    ⇄ 2 H+(aq) + 2 e  in cui E° = 0.0 V  e Cu2+(aq)+ 2 e⇄ Cu(s)  in cui E° = + 0.340 V

la reazione complessiva è quindi:

H2(g)    + Cu2+(aq) ⇄ 2 H+(aq) + Cu(s)   e il potenziale della cella in condizioni standard è E° = 0.0 + 0.340 = 0.340 V

Alla semireazione di riduzione Zn2+(aq)+ 2 e⇄ Zn(s)  corrisponde un potenziale standard di riduzione negativo di – 0.763 V; ciò implica che lo zinco dell’elettrodo di zinco tenderà a perdere due elettroni trasformandosi in ione zinco e le due semireazioni sono quindi:

2 H+(aq) + 2 e   ⇄ H2(g)     in cui E° = 0.0 V e Zn(s)  ⇄ Zu2+(aq)+ 2 e

A quest’ultima semireazione che avviene secondo l’ossidazione dello zinco è associato un potenziale che è uguale a quello relativo alla semireazione di riduzione in valore assoluto, ma cambiato di segno ovvero + 0.763 V.

La reazione complessiva è quindi:

2 H+(aq) + Zn(s)   ⇄ H2(g)    +  Zn2+(aq)  e il potenziale della cella in condizioni standard è E° = 0.0 + 0.763  = 0.763 V

Pur essendo l’elettrodo di riferimento, quello a idrogeno non è usato per lavori di routine in quanto richiede l’erogazione di idrogeno gassoso alla pressione di 1 atm condizione realizzabile con difficoltà; la difficile riproducibilità ha indotto quindi i chimici a utilizzare elettrodi con maggiore sensibilità e maggiore riproducibilità.

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Author: Chimicamo

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