Equazione di Nernst: esercizi svolti
L’equazione di Nernst è uno strumento fondamentale per determinare il potenziale di una cella elettrochimica in condizioni non standard. Per una reazione elettrodica del tipo “stato ossidato + n elettroni → stato ridotto”, il potenziale di riduzione è determinato dalle concentrazioni delle specie presenti, secondo l’equazione di Nernst. Si tenga presente che ciascuna concentrazione è esponenziale al corrispondente coefficiente stechiometrico.
Per i gas è necessario sostituire alle concentrazioni le pressioni parziali, mentre per solidi e liquidi puri e per il solvente la concentrazione non va inclusa nella formula.
E° rappresenta il potenziale normale di riduzione, n indica il numero di elettroni scambiati nella semireazione di riduzione, R è la costante dei gas (8.313 J/mol K), F è il Faraday (96500 C) e T è la temperatura espressa in gradi Kelvin, solitamente 25 °C (ovvero 298.16 K).
Applicando i valori noti alle formule, l’equazione di Nernst diventa: Erid = E° + 0.059 /n log [stato ossidato]/[stato ridotto].
Inoltre, per calcolare la d.d.p. (differenza di potenziale) esistente tra i poli della pila, è possibile applicare l’equazione di Nernst separatamente ai due elettrodi e quindi sottrarre numericamente il potenziale dell’elettrodo da cui si ottiene il valore maggiore (E+) dal potenziale dell’elettrodo con il valore minore (E-).
Dato che un articolo scientifico necessita di esercizi pratici, prendiamo in esame i seguenti problemi risolti.
1. Calcolare la f.e.m. della pila ottenuta collegando un elettrodo di zinco con un elettrodo standard di idrogeno.
2. Calcolare la concentrazione degli ioni Ag+ considerando il potenziale dell’elettrodo a calomelano saturo e noto il potenziale dell’elettrodo di argento.
3. Calcolare la f.e.m. di una pila formata da un elettrodo di riferimento a calomelano saturo e da un elettrodo di idrogeno immerso in una soluzione a pH=2.
In ciascun esercizio si utilizzano i dati noti e le formule dell’equazione di Nernst per calcolare il potenziale di riduzione e la differenza di potenziale esistente tra i poli della pila.
In conclusione, l’equazione di Nernst risulta uno strumento fondamentale per determinare il potenziale di una cella elettrochimica in condizioni non standard, permettendo di risolvere numerosi esercizi pratici.
