Elettrochimica- Potenziale normale di riduzione

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^– → H_{2 ( 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.