Il potenziale normale di riduzione è una misura che indica se una specie chimica ha tendenza a ridursi
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 platinoPlatino 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 facilità 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, semireazioni 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 e– il 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.
