07x03 - Potenziali di riduzione e corrosione

I potenziali di riduzione

​Lezione creata dal prof P. B. Giandonato @profgiando
Immagini credits Zanichelli ed.

I potenziali di riduzione

La differenza di potenziale, in chimica, si chiama forza elettromotrice (fem) e si misura con un voltmetro. La forza elettromotrice è la differenza tra il potenziale dell'elettrodo che funziona da catodo (+) e il potenziale dell'elettrodo che funziona da anodo (—):

​fem = E⁺ - E^- = E_catodo - E_anodo = ΔE

Con un tester possiamo ricavare la forza elettromotrice di ogni pila e la sua polarità, ma non possiamo conoscere il valore di potenziale di ogni singolo elettrodo in modo assoluto.

I potenziali di riduzione

Per trovare i potenziali di ogni singolo elettrodo, si utilizza un elettrodo di riferimento, l'elettrodo standard a idrogeno. E' costituito da una lamina di platino immersa in una soluzione acida 1,00 M di ioni H⁺ in cui viene fatto gorgogliare H₂ gassoso a 1 bar. La reazione di riduzione è:
2 H⁺_(aq) + 2e^- → H_2(g)

I potenziali di riduzione

La tabella dei potenziali standard consente di prevedere, nel caso di una pila, le polarità e la differenza di potenziale.

In un sistema elettrochimico la semireazione di riduzione avviene nella semicella con potenziale maggiore.

Drag and Drop

La forza ​

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è la differenza tra il ​potenziale del ​

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, che ha E₀ ​

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e il potenziale ​

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che ha E₀ ​

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Drag these tiles and drop them in the correct blank above

elettromotrice

elettrica

catodo

dell'anodo

minore

maggiore

Multiple Choice

II potenziale standard E₀ di un elettrodo corrisponde:

• alla differenza di potenziale con l'elettrodo di riferimento

• alla corrente che può fare circolare la pila

• alla differenza di potenziale tra i due elettrodi della pila

• al numero di elettroni scambiati nella reazione redox

• all'energia liberata nella reazione di ossidoriduzione

Multiple Choice

II voltaggio di una pila corrisponde:

• alla differenza di potenziale con l'elettrodo di riferimento

• alla corrente che può fare circolare la pila

• alla differenza di potenziale tra i due elettrodi della pila

• al numero di elettroni scambiati nella reazione redox

• all'energia liberata nella reazione di ossidoriduzione

Multiple Choice

Quanto vale il potenziale standard dell'elettrodo a idrogeno?

• 0V

• Dipende dal catodo

• Dipende dall'anodo

• +1V

Multiple Choice

All'elettrodo di riferimento a idrogeno, a seconda della pila può essere assegnato un valore di potenziale a caso

• vero

• falso

Multiple Choice

L'elettrodo di riferimento a idrogeno è costituito da idrogeno gassoso a contatto con una soluzione salina

• vero

• falso

Trovare il potenziale di una pila

La tabella dei potenziali di riduzione standard
consente di prevedere rapidamente quale
reazione di ossidoriduzione avviene in un sistema elettrochimico. In base ai valori del potenziale di riduzione gli ioni Pb²⁺ hanno maggiore tendenza a ridursi degli ioni Zn²⁺. Pertanto avviene la seguente reazione redox con schema della pila:

​Pb²⁺_(aq) + Zn_(s) → Zn²⁺_(aq) + Pb_(s)

(−)Zn/Zn²⁺ // Pb²⁺/Pb(+)

Trovare il potenziale di una pila

Dai valori dei potenziali redox si stabilisce in quale semicella avviene la riduzione e quale, quindi, si comporta da catodo. L'altra semicella è il polo negativo, dove avviene l'ossidazione.

Il catodo corrisponde alla semicella Cu²⁺/Cu dove avviene la riduzione, fra le due ha infatti ΔE° più grande, perché cattura elettroni e si riduce.
La semicella Ni²⁺/Ni è quindi l'anodo, dove il nichel viene ossidato, cedendo elettroni e ossidandosi a Ni²⁺

​Cu²⁺_(aq) + Ni_(s) → Cu_(s) + Ni²⁺_(aq)

Drag and Drop

In un sistema ​

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la semireazione di ​

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avviene nella ​

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con potenziale ​

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Drag these tiles and drop them in the correct blank above

elettrochimico

chimico

riduzione

ossidazione

semicella

pila

maggiore

minore

Multiple Select

Determinare il valore di ΔE° della pila costituita dalle semicelle Ni²⁺/Ni // Cu²⁺/Cu

Scegli le risposte esatte.

• l'elettrodo di rame è il catodo

• l'elettrodo di nichel è il catodo

• l'elettrodo di rame è l'anodo

• l'elettrodo di nichel è l'anodo

Fill in the Blanks

Determinare il valore di ΔE° della pila.

Scrivere il valore arrotondato alla seconda cifra decimale e inserendo l'unità di misura

Fill in the Blanks

Determinare il valore di ΔE° della pila (−)Zn/Zn²⁺ // Pb²⁺/Pb(+) sapendo che E° Pb = -0,13 V e E° Zn = -0,76 V

Scrivere il valore arrotondato alla seconda cifra decimale e inserendo l'unità di misura

Reazioni redox spontanee

In una reazione spontanea, si riduce la specie che possiede il valore di

potenziale E° maggiore e si ossida la specie che possiede il valore di E° minore. A valore maggiore di E° corrisponde una maggiore capacità di acquistare elettroni e ridursi.

I metalli nobili e non nobili

La scala dei potenziali redox permette di comprendere il diverso comportamento dei metalli con le soluzioni acide. I metalli con un potenziale redox positivo non reagiscono con le soluzioni acquose acide e sono definiti metalli nobili.
I metalli con potenziale redox negativo, metalli non nobili, a contatto con ioni H⁺ si ossidano e liberano gas idrogeno con velocità differenti. In sostanza, la velocità con cui un metallo reagisce con un acido dipende dalla sua tendenza a ossidarsi.

I metalli nobili e non nobili

Le provette contengono la stessa soluzione di HCl 1M. In (A) magnesio, (B) zinco, (C) ferro e (D) piombo. La tendenza dei metalli a ossidarsi cala da sinistra a destra.

La corrosione

La maggior parte dei metalli reagisce con l'ossigeno dell'aria cedendo elettroni e formando ossidi, che proteggono il metallo sottostante ma possono renderlo friabile. Questo processo si chiama corrosione.

Tra il ferro e l'ossigeno si forma una cella elettrochimica. Il Fe si ossida (E°_Fe2+/Fe = -0,45V), è l'anodo, l'ossigeno si riduce (E°_O2/OH-= +0,40V), è il catodo. L'acqua funge da soluzione elettrolitica, quella salata che contiene più ioni è corrosiva.