Potenziometria diretta e indiretta, potenziometro

La potenziometria è una tecnica di analisi elettrochimica basata sulla misura della differenza di potenziale di una cella galvanica in assenza quasi totale di corrente
Il potenziale di una cella elettrochimica è legato alle concentrazioni delle specie coinvolte nelle reazioni agli elettrodi; pertanto la misura del potenziale di una pila è utilizzata per la determinazione delle concentrazioni delle specie in soluzione.

Nella  potenziometria diretta si misura il potenziale di una cella per determinare la concentrazione di una specie.  Nella potenziometria  indiretta (titolazioni potenziometriche) si misura la variazione del potenziale di una cella durante una titolazione per determinarne il punto finale. E’ quindi necessario un potenziometro, ovvero un dispositivo in grado di misurare la differenza di potenziale tra i due elettrodi.

Attraverso il potenziometro si può quindi  valutare la forza elettromotrice di una pila misurando la differenza di potenziale ai capi di questa senza che venga assorbita corrente, cioè in condizioni in cui la forza elettromotrice coincide con la differenza di potenziale ai morsetti. E’ necessario infatti operare in condizioni di reversibilità termodinamica, cioè senza passaggio di corrente altrimenti variano le concentrazioni e, di conseguenza, il potenziale E.

Applicazioni della potenziometria

La potenziometria è un tipo di tecnica analitica che misura la differenza di potenziale tra due elettrodi in una soluzione. Questa tecnica ha molte applicazioni in vari campi, tra cui chimica, biologia e medicina.

La potenziometria è comunemente utilizzata nella titolazione acido-base per determinare il pH di una soluzione. Questa tecnica prevede l’uso di un elettrodo per misurare la differenza di potenziale tra il campione e l’elettrodo di riferimento. Misurando il pH del campione in diversi punti durante la titolazione, è possibile determinare il punto finale della titolazione.

La potenziometria può essere utilizzata anche per eseguire titolazioni ossidimetriche. Ciò comporta la misurazione della differenza di potenziale tra l’elettrodo di lavoro e l’elettrodo di riferimento durante la titolazione. Il punto finale della titolazione può essere determinato misurando la differenza di potenziale quando l’analita è stato completamente ossidato o ridotto.

Schema di un potenziometro

In figura è riportato lo schema di un potenziometro:

potenziometro
potenziometro

Esso è costituito da un alimentatore, una resistenza variabile SW, un elettrodo di lavoro W, un controelettrodo C, un interruttore T, un amperometro i che misura la corrente che passa attraverso la cella elettrochimica.

Per la legge di Ohm dovuta al fisico tedesco Georg Ohm la corrente che attraversa la parte alta del circuito è data da:

iup = EPS/Rab

dove EPS è il potenziale dell’alimentatore e Rab è la resistenza tra i punti a e b.

Analogamente la corrente che attraversa la parte bassa del circuito è data da:

ilow = Ecell/Rcb

dove Ecell è la differenza di potenziale tra l’elettrodo di lavoro e il controelettrodo e Rcb è la resistenza tra i punti b e c.

Quando iup = ilow = 0 non passa corrente attraverso l’amperometro e si ha:

EPS/Rab = Ecell/Rcb

Il potenziale della cella elettrochimica è dato dall’equazione:

Ecell = EPS Rcb /Rab  (1)

Per determinare Ecell si chiude il circuito tramite l’interruttore e si rileva la corrente che attraversa l’amperometro. Se la corrente è diversa da zero si regola la resistenza variabile e si fa un’ulteriore misurazione reiterando il processo fin quando la corrente sia pari a zero.

Quando la corrente vale zero si usa l’equazione (1) per calcolare Ecell.

La chiusura  momentanea dell’interruttore  minimizza la corrente che passa attraverso la cella e limita la variazione della composizione della cella elettrochimica infatti se  corrente totale è trascurabile, la variazione di concentrazione della analita è insignificante.

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