Se utilizziamo un voltmetro in una batteria, saremo in grado di identificare la differenza di potenziale (U o ddp) o di forza elettromotrice (emf o E) tra i due elettrodi. Tuttavia, non è possibile identificare in questo modo i potenziali di riduzione o ossidazione di ciascun elettrodo.
Gli scienziati avevano bisogno di conoscere questi valori per studiare i processi di ossidoriduzione, quindi hanno stabilito un stato di riferimento. Ciò significa che è stato concordato di misurare il potenziale di ciascun elettrodo in relazione a un altro elettrodo nelle seguenti condizioni standard:
• La temperatura deve essere di 25°C;
• Pressione a 1.0 atm;
• La concentrazione della soluzione in cui è immerso il metallo deve essere 1,0 mol/L.
Pertanto, l'elettrodo scelto è stato il elettrodo a idrogeno, di seguito rappresentato:
Questo elettrodo è composto da un filo di platino collegato ad una lastra di platino, che non partecipa alla reazione, all'interno di un tubo contenente gas idrogeno e immerso in una soluzione acida. Nell'esempio, la soluzione era acido solforico.
| Per convenzione, all'elettrodo standard a idrogeno è stato assegnato il valore zero, tanto per il E0rosso per quanto riguarda il mi0ossi. |
Quindi, per trovare il valore potenziale di qualsiasi altro elettrodo, costruiamo semplicemente una pila dell'elettrodo che vogliamo con l'elettrodo a idrogeno standard e misuriamo il ddp con un voltmetro. Il valore visualizzato sul voltmetro sarà il potenziale dell'elettrodo ricercato, poiché quello dell'idrogeno è uguale a zero.
Ad esempio, colleghiamo un elettrodo di zinco con l'elettrodo di idrogeno per scoprire qual è il suo potenziale di riduzione:
Secondo lo schema sopra, il voltmetro ha identificato la differenza di potenziale pari a +0,76(?E0 = +0,76). Notiamo anche che l'elettrodo di zinco si è ossidato, quindi è l'anodo; e l'elettrodo di idrogeno ridotto, essendo il catodo.
Quindi abbiamo:
?E0 = E0rosso (catodo) - E0 rosso (anodo)
0,76 = 0,00 - E0 rosso (Zn)
E0 rosso (Zn) = 0,00-0,76
E0 rosso (Zn) = -0,76
Il valore negativo significa che la corrente di elettroni scorre dall'elettrodo di zinco (anodo) all'elettrodo di idrogeno, comportandosi quindi come un catodo. Se fosse positivo, sarebbe il contrario e l'elettrodo a idrogeno si comporterebbe come un anodo. Questo può essere visto quando colleghiamo un elettrodo di rame con l'elettrodo a idrogeno standard:
?E0 = E0rosso (catodo) - E0 rosso (anodo)
-0,34 = 0,00 - E0 rosso (Zn)
E0 rosso (Zn) = 0.00+0.34
E0 rosso (Zn) = +0,34
In questo modo è possibile definire i potenziali di riduzione e di ossidazione per le più svariate specie chimiche. Tuttavia, l'Unione internazionale di chimica pura e applicata (IUPAC) raccomanda l'uso solo dei potenziali di riduzione. E, indipendentemente dal metallo utilizzato, nella rappresentazione della batteria, l'elettrodo a idrogeno viene sempre per primo, ad esempio:
Pt – H2 (g) 1atm / H3O1+ (aq) 1 mol/L // Cu2+ (aq) 1 mol/L / Cu
Di seguito sono elencati nella tabella i potenziali ottenuti con questo metodo di utilizzo dell'elettrodo a idrogeno standard, insieme alle rispettive semireazioni:
di Jennifer Fogaça
Laureato in Chimica
Squadra scolastica brasiliana
Fonte: Scuola Brasile - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/medicao-dos-potenciais-eletroquimicos.htm