Calcolo del potenziale di una cella elettrochimica attraverso l’equazione di Nernst
L’equazione di Nernst è uno strumento fondamentale per determinare il potenziale di una cella elettrochimica in condizioni non standard, ossia quando le concentrazioni delle specie coinvolte nella reazione non sono equivalenti a 1 M. Questo modello tiene conto delle variazioni di concentrazione per calcolare il potenziale della cella elettrochimica in modo accurato.
Calcolo del Potenziale in Condizioni Standard
In condizioni standard, il potenziale di una cella può essere calcolato sommando il potenziale di ossidazione al potenziale di riduzione delle semireazioni coinvolte nella reazione. Ad esempio, considerando la reazione Zn + Cu^2+ → Zn^2+ + Cu, i potenziali normali di riduzione sono -0.763 V per Zn^2+ e +0.337 V per Cu^2+.
Il potenziale di ossidazione relativo alla semireazione Zn → Zn^2+ + 2 e^- è di +0.763 V. Quindi, in condizioni standard, il potenziale della cella è dato dalla somma dei due potenziali di riduzione, ovvero 1.10 V.
Applicazione dell’Equazione di Nernst
Per calcolare il potenziale in condizioni non standard, viene utilizzata la formula E = E° – 0.0592/n log Q, dove n rappresenta il numero di elettroni scambiati e Q indica il quoziente di reazione. La risoluzione dell’equazione di Nernst consente di determinare il potenziale della cella in differenti contesti.
Esempi Pratici
Consideriamo una cella Mg(s)|Mg^2+(aq) (0.130 M)||Ag^+(aq) (0.0001 M)|Ag con E° = 3.17 V. Calcolando i valori di Q e inserendoli nell’equazione di Nernst, si può determinare che il potenziale della cella è +3.02 V.
Per un’altra cella Zn(s)|Zn^2+(aq) (0.02 M)||Cu^2+(aq) (0.01 M)|Cu con E° = 1.10 V, applicando l’equazione di Nernst e calcolando il quoziente di reazione si ottiene un potenziale di circa 1.09 V.
Infine, consideriamo una cella Pt(s)|Br2(l)|Br^-(aq) (0.01 M)||H^+(aq) (0.03 M)|H2(g) (1 bar)|Pt(s), con potenziale normale di riduzione della semicella Br2/Br^- di +1.08 V. Utilizzando la formula di Nernst, è possibile determinare il potenziale della cella.
Conclusioni
La risoluzione di esercizi pratici applicando l’equazione di Nernst consente di comprendere come calcolare il potenziale delle celle elettrochimiche in varie condizioni. Questo strumento è fondamentale per determinare il potenziale di una cella elettrochimica considerando le concentrazioni delle specie coinvolte nella reazione.
