I potenziali di riduzione standard sono dei valori che ci permettono di stabilire la capacità di un elemento usato come conduttore di elettricità di assorbire elettroni e ci permette nel caso in cui due di loro formino una pila di capire se la reazione desiderata può avvenire. E’ stata anche fatta una tabella che ci permette di capire questo immediatamente. Vengono indicati con il simbolo E°.
Innanzitutto, spieghiamo cos’è una pila. Chiamata anche cella elettrochimica, si tratta di un sistema che utilizza un tipo di reazione, chiamato ossidoriduzione, formata da due parti. Una contiene un metallo che cede i suoi elettroni che passano attraverso un tubo verso l’altra parte contenente un altro metallo che assorbe questi elettroni. Dato che questi metalli agiscono da conduttori di elettricità, vengono definiti assieme alla parte che li contiene elettrodi.
Come si fa a capire, quando colleghiamo due metalli, qual è l’elemento che cede i suoi elettroni e quello che li assorbe? Ogni elettrodo ha un suo potenziale elettrico, negativo se cede elettroni che verranno usati dall’altro metallo, o positivo se acquista elettroni. La differenza tra il potenziale del secondo elettrodo e quello del primo rappresenta la forza elettromotrice del sistema e viene misurato in volt (simbolo V).
Come si calcolano i potenziali di riduzione standard
Il potenziale di riduzione di ogni elettrodo viene calcolato al suo stato standard, cioè quando si trova ad una temperatura di 25°C, ad una pressione di 1 bar e quando la sua concentrazione molare è di 1 mol/L.
Inoltre, non è possibile calcolare il potenziale elettrico di un elemento se non si trova a contatto con un altro. Per ricavare i valori dei potenziali dei vari elettrodi, si è scelto di usarne uno come riferimento dandogli il valore 0 e di attribuire i valori degli altri elementi in base alla loro differenza di potenziale con quello campione, l’elettrodo a idrogeno.
Pertanto, per calcolare questi valori si collega l’elettrodo contenente la sostanza da esaminare con quello a idrogeno. Tramite un tester si può ricavare il voltaggio, che rappresenta anche la differenza di potenziale elettrico delle due parti mentre per ricavare il valore potenziale di riduzione standard si può applicare la formula inversa di tale differenza.
ddp = E+ – E–
ddp = E+(Ag+/Ag) – E–(H+/2H)
0,80 V = E+(Ag+/Ag) – 0,00 V
0,80 V + 0,00 V= E+(Ag+/Ag)
0,80 V = E+(Ag+/Ag)
Segue ora una tabella con potenziali standard di riduzione di alcuni elettrodi ordinati in base alla loro capacità di ridursi.
| Specie ossidata | + numero elettroni | riduzione ossidazione | Specie ridotta | E°(V) |
|---|---|---|---|---|
| F2 (g) | + 2 e– | ⇄ | 2F– (aq) | + 2,87 |
| Au3+(aq) | + 3 e– | ⇄ | Au(s) | +1,50 |
| Cl2(g) | + 2 e– | ⇄ | 2 Cl−(aq) | +1,36 |
| Br2(l) | + 2 e– | ⇄ | 2 Br−(aq) | +1,07 |
| Pd2+(aq) | + 2 e– | ⇄ | Pd(s) | +0,95 |
| Hg2+(aq) | + 2 e– | ⇄ | Hg(l) | +0,85 |
| Ag+(aq) | + e– | ⇄ | Ag(s) | +0,80 |
| Fe3+(aq) | + e– | ⇄ | Fe2+(aq) | +0,77 |
| 2 H+(aq) | + 2 e– | ⇄ | H2(g) | 0,00 |
| Pb2+(aq) | + 2 e– | ⇄ | Pb(s) | -0,13 |
| Sn2+(aq) | + 2 e– | ⇄ | Sn(s) | -0,14 |
| Ni2+(aq) | + 2 e– | ⇄ | Ni(s) | -0,26 |
| Fe2+(aq) | + 2 e– | ⇄ | Fe(s) | -0,45 |
Per determinare il tipo di reazione che avverrà tra due elettrodi basta utilizzare il metodo gamma: si cercano nella tabella i due elettrodi e si traccia una curva che parte dal simbolo dell’elemento che si trova in alto a sinistra e si arriva fino a quello in basso a destra; continua fino a toccare l’elemento in basso a sinistra e si arriva in quello a destra. I primi due elettrodi indicati dalla curva rappresentano i reagenti mentre gli altri due sono i prodotti ottenuti.
