Determinazione di Kf per Cu(NH3)42+: come calcolare la costante di formazione
La determinazione della costante di formazione Kf relativa al complesso Cu(NH3)42+ è ottenuta dalla cella elettrolitica: Ag/Ag+(0.10 M)//Cu2+(0.10 M)//Cu.
Nella semicella contenente la soluzione di ione rame (II) avente un volume di 5.0 mL vengono aggiunti 5.0 mL di NH3 6.0 M e dopo aver mescolato si misura il potenziale della cella. La concentrazione dello ione Cu2+ può essere calcolata tramite l’equazione di Nernst.
L’equilibrio relativo alla formazione del complesso Cu(NH3)42+ è il seguente: Cu2+ + 4 NH3 ⇌ Cu(NH3)42+. L’espressione di Kf è: Kf = [Cu(NH3)42+]/[Cu2+][NH3]4.
Le celle elettrochimiche sono costituite da due semicelle collegate da un ponte salino attraverso il quale fluiscono ioni in entrambe le direzioni per garantire l’elettroneutralità e un voltmetro per misurare la differenza di potenziale.
In una cella elettrolitica all’anodo avviene la semireazione di ossidazione e al catodo quella di riduzione e la reazione complessiva avviene grazie all’energia elettrica fornita al sistema.
La determinazione del potenziale di una cella elettrochimica costituita da due semicelle in una delle quali avviene la semireazione di ossidazione e nell’altra quella di riduzione richiede la conoscenza della scala dei potenziali normali di riduzione. In condizioni standard ad ogni semireazione di riduzione viene associato un potenziale la cui misurazione viene fatta rispetto a una semireazione di riferimento a cui, per convenzione, si associa il potenziale pari a zero.
Costruiamo una I.C.E. chart tenendo conto che il numero di moli iniziali di Cu2+ è pari a 0.0050 L x 0.1M = 0.00050 mentre le moli iniziali di NH3 sono 0.0050 L x 6.0 M = 0.030 e il volume totale è pari a 5.0 + 5.0 = 10.0 mL = 0.010 L.
Consideriamo la semireazione di ossidazione del rame e di riduzione dell’argento per la quali i potenziali sono: Cu → Cu2+ + 2e- E°ox = – 0.34 V e 2 Ag+ + 2e- → 2 Ag E°red = + 0.80 V. Da cui E°cell = 0.80-0.34 =0.46 V.
Conoscendo i valori di [NH3] e di [Cu(NH3)42+] si può determinare Kf.