Rappresentazione di una cella elettrochimica: semireazioni

Una cella, sia galvanica che di elettrolisi, è costituita in generale da una fase liquida capace di condurre corrente elettrica con trasporto di materiali in cui sono immersi due elettrodi collegati a un circuito elettrico esterno che consentono lo scambio di elettroni tra la fase liquida e il circuito esterno.

La fase liquida, contenente elettroliti, è costituita spesso da due soluzioni a diversa composizione qualitativa o quantitativa e in ogni soluzione è immerso un elettrodo ottenendosi due semicelle.

Le due soluzioni sono separate in modo che non avvenga il mescolamento e collegate da un ponte salino che garantisce l’elettroneutralità delle soluzioni.

Reazione

La cella sia basata sul processo redox globale Cd(s) + 2 Fe3+(aq) ⇌ Cd2+(aq) + 2 Fe2+(aq)
Consideriamo i potenziali normali di riduzione:

per la semireazione di riduzione Cd2+ + 2 e → Cd   si ha che E° = – 0.403 V
per la semireazione di riduzione Fe3+ + 1 e → Fe2+ si ha che E° = + 0.771 V

Poiché avviene una reazione di ossidoriduzione in cui una specie si ossida e un’altra si riduce la reazione avviene spontaneamente infatti per la semireazione Cd → Cd2+ + 2 e il potenziale normale di ossidazione vale + 0.403 V e quindi il potenziale della cella è dato da + 0.403 + 0.771 = + 1.17 V.

Essendo il potenziale maggiore di zero questa reazione può essere utilizzata per una cella galvanica in cui l’energia chimica viene convertita in energia elettrica. Avvengono quindi le seguenti semireazioni:

polo negativo Cd→ Cd2+ + 2e
polo positivo Fe3+ + 1 e → Fe2+

Una semicella viene realizzata immergendo un elettrodo di cadmio in una soluzione contenente ioni Cd2+ mentre l’altra immergendo un elettrodo di platino in una soluzione contenente ioni Fe2+ e Fe3+.

Per rappresentare una cella si può usare un diagramma che contiene le specie coinvolte nella reazione di ossidoriduzione che contiene le specie coinvolte nella reazione di ossidoriduzione. La superficie di separazione di soluzioni viene simboleggiata da una linea verticale mentre una doppia linea verticale indica la presenza del ponte salino.

Per avere una rappresentazione completa si deve fornire anche l’indicazione della direzione in cui passa la corrente.

Rappresentazione

Secondo la convenzione internazionale stabilita dalla I.U.P.A.C. a sinistra viene indicata la semicella in cui avviene la semireazione di ossidazione ossia il polo negativo (anodo) mentre a destra viene indicata la semicella in cui ha luogo la semireazione di riduzione ovvero il polo positivo (catodo).

Pertanto la cella descritta è rappresentata come:

Cd|Cd2+|| Fe2+, Fe3+|Pt

Inoltre devono essere indicate le concentrazioni degli ioni presenti in soluzione.

Per  rappresentare una cella basta quindi seguire determinati passaggi. Ad esempio si voglia rappresentare la cella costituita da una semicella in cui è presente un elettrodo di rame immerso in una soluzione contenente ioni Cu2+ e da una semicella in cui è presente un elettrodo di argento immerso in una soluzione contenente ioni Ag+.

Dai potenziali normali di riduzione si ha che la reazione che avviene spontaneamente è:

2 Ag+(aq) + Cu(s) ⇌ 2 Ag(s) + Cu2+(aq)

Lo ione argento è quindi ridotto e il rame metallico è ossidato a ione rame (II).

Le due semireazioni sono:

polo negativo Cu → Cu2+ + 2 e

polo positivo Ag+ + 1 e → Ag

La cella è quindi rappresentata come:

Cu|Cu2+||Ag+|Ag

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