Rappresentazione delle celle elettrochimiche attraverso le semireazioni
Le celle elettrochimiche, sia galvaniche che di elettrolisi, sono composte da una fase liquida in grado di condurre corrente elettrica e trasportare materiali, all’interno della quale sono immersi due elettrodi collegati a un circuito elettrico esterno. Questo permette lo scambio di elettroni tra la fase liquida e il circuito esterno. Questa fase liquida, contenente elettroliti, è spesso formata da due soluzioni di diversa composizione, ognuna con il proprio elettrodo, generando due semicelle separate e collegate da un ponte salino che garantisce l’elettroneutralità delle soluzioni.
Reazione e rappresentazione di una cella elettrochimica
Considerando una cella basata sul processo redox globale Cd(s) + 2 Fe^3+(aq) ⇌ Cd^2+(aq) + 2 Fe^2+(aq), in cui si verificano reazioni di ossidoriduzione, le semireazioni di riduzione presentano potenziali normali di riduzione distinti: E° = – 0.403 V per Cd^2+ + 2e^- → Cd e E° = + 0.771 V per Fe^3+ + 1e^- → Fe^2+. Poiché la somma dei due potenziali è positiva, + 1.17 V, la reazione avviene spontaneamente. Questo tipo di reazione può essere utilizzato per una cella galvanica, in cui l’energia chimica viene convertita in energia elettrica. Le semireazioni che avvengono nei poli della cella sono Cd → Cd^2+ + 2e^- nel polo negativo e Fe^3+ + 1e^- → Fe^2+ nel polo positivo.
Per rappresentare una cella elettrochimica si utilizza un diagramma contenente le specie coinvolte nella reazione di ossidoriduzione e indicando la direzione del passaggio della corrente. Secondo la convenzione stabilita dalla IUPAC, si indica a sinistra la semicella in cui avviene la semireazione di ossidazione (anodo) e a destra quella in cui avviene la semireazione di riduzione (catodo). Pertanto, la cella descritta è rappresentata come: Cd|Cd^2+|| Fe^2+, Fe^3+|Pt.
Inoltre, devono essere indicate le concentrazioni degli ioni presenti in soluzione. In generale, per rappresentare una cella elettrochimica basta seguire determinati passaggi. Ad esempio, nel caso di una cella con un elettrodo di rame immerso in una soluzione contenente ioni Cu^2+ e un elettrodo di argento immerso in una soluzione contenente ioni Ag^+, la reazione spontanea è rappresentata come: Cu|Cu^2+||Ag^+|Ag.