La serie dei potenziali normali di riduzione

Per ogni cella elettrochimica, la forza elettromotrice f.e.m. a una determinata temperatura dipende da due fattori:  la natura della reazione che vi si svolge e la concentrazione delle varie specie presenti. Per poter stabilire i potenziali all’elettrodo E° standard o normali relativi a ogni semipila si è scelto come elettrodo di confronto un elettrodo a idrogeno a cui è stato arbitrariamente attribuito un potenziale E° = 0.00 V.

Esso è formato da una lamina di platino la cui superficie è ricoperta di platino spugnoso ( nero platino) . La lamina è immersa per 2/3 in una soluzione acquosa di ioni H+ la cui concentrazione è 1 M. Sulla superficie della lamina viene fatto gorgogliare idrogeno alla pressione di 1 atm .

L’elettrodo è così schematizzato :
Pt/H2 ( 1 atm)/H+ ( 1 M)

Si stabilisce l’equilibrio elettrodico : 2 H+ + 2e = H2 ( gas)

Collegando all’elettrodo di riferimento le varie semipile si è potuta misurare la f.e.m. generata, che è stata assunta come valore del potenziale standard E° dell’elettrodo considerato

f.e.m. = E° – 0.00 V = E°

Se il metallo  dimostra più faciltà a ridursi rispetto a H+ gli si attribuisce segno positivo, in caso contrario, negativo.

La serie dei potenziali normali di riduzione è di grande utilità pratica, infatti,oltre a fornire una spiegazione di molti fenomeni naturali spontanei come ad esempio la corrosione, e a accorgimenti per convertire l’energia chimica in energia elettrica, ci permette di prevedere se una reazione avviene spontaneamente.

Una reazione di ossido-riduzione può avvenire spontaneamente e può fornirci energia elettrica dando luogo ad una pila se la somma dei potenziali di ossidazione e di riduzione è positiva; tale somma corrisponde anche al voltaggio massimo ottenibile dalla pila , quando le concentrazioni delle specie disciolte sono unitarie.

Immaginiamo ad esempio di far gorgogliare cloro gassoso in una soluzione contenente ioduro : ci proponiamo di sapere se la reazione avviene spontaneamente.

Dalla tabella dei potenziali standard di riduzione estrapoliamo i rispettivi potenziali :
I2 + 2 e = 2 I            E° = 0.536 V

Cl2 + 2 e = 2 Cl–             E° = 1.359 V

Ovviamente, essendo queste due semireazioni di riduzione, esse non possono avvenire contemporaneamente e le semireazioni che ci interessano per indagare sul nostro sistema sono :
Cl2 = 2 Cl + 2 e  il cui potenziale è 1.359 V e

2 I = I2 + 2 eil cui potenziale è , in valore assoluto uguale a quello relativo alla semireazione di riduzione, ma con il segno cambiato ovvero : – 0.536 V.

Il potenziale complessivo relativo alla reazione è dato dalla somma del potenziale di ossidazione e del potenziale di riduzione ovvero : 1.359 – 0.536 = 0.823 V. Essendo tale potenziale maggiore di zero la reazione avviene spontaneamente.

Esercizi

1)       Prevedere se la reazione Cu +2 H+ = Cu2+ + H2 avviene spontaneamente.

       Dalla tabella dei potenziali standard di riduzione troviamo :        Cu2+ + 2 e = Cu   E° = 0.34 V 

2 H+ + 2e = H2     E° = 0.00 V

Dobbiamo considerare il potenziale relativo all’ossidazione di Cu che vale – 0.34 V.

Sommando i due potenziali si ha : – 0.34 + 0.00 = – 0.34 V quindi tale reazione non avviene spontaneamente ed infatti il rame non si scioglie negli acidi a meno che questi ultimi non abbiano un potere ossidante maggiore di quello proprio dello ione H+.

2)     Prevedere se la reazione Fe + Cu2+ = Fe2+ + Cu avviene spontaneamente.

      I potenziali normali di riduzione sono i seguenti :

      Fe2+ + 2 e= Fe   E° = – 0.44 V

      Cu2+ + 2 e = Cu   E° = + 0.34 V

      Poiché dobbiamo considerare la semireazione di ossidazione del ferro il potenziale relativo è     pari a + 0.44 V. Il potenziale complessivo vale 0.44 + 0.34 = 0.74 V per cui la reazione avviene  spontaneamente.

 

 

Author: Chimicamo

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