Potencial de eletrodo padrão - Standard electrode potential

Em eletroquímica , o potencial do eletrodo padrão ( E °) é definido como o valor da fem padrão de uma célula na qual o hidrogênio molecular sob pressão padrão é oxidado a prótons solvatados no eletrodo esquerdo .

A base para uma célula eletroquímica , como a célula galvânica , é sempre uma reação redox que pode ser dividida em duas semi-reações : oxidação no ânodo (perda de elétron) e redução no cátodo (ganho de elétron). A eletricidade é gerada devido à diferença de potencial elétrico entre dois eletrodos. Essa diferença de potencial é criada como resultado da diferença entre os potenciais individuais dos dois eletrodos de metal em relação ao eletrólito . (Eletrodo reversível é um eletrodo que deve seu potencial a mudanças de natureza reversível , ao contrário dos eletrodos usados ​​em galvanoplastia que são destruídos durante seu uso.) É a medida de redução da potência de qualquer elemento ou composto.

Embora o potencial geral de uma célula possa ser medido, não há uma maneira simples de medir com precisão os potenciais do eletrodo / eletrólito isoladamente. O potencial elétrico também varia com a temperatura, concentração e pressão. Uma vez que o potencial de oxidação de uma meia-reação é o negativo do potencial de redução em uma reação redox, é suficiente calcular qualquer um dos potenciais. Portanto, o potencial padrão do eletrodo é comumente escrito como potencial de redução padrão. Em cada interface eletrodo-eletrólito há uma tendência de íons metálicos da solução se depositarem no eletrodo metálico tentando torná-lo carregado positivamente. Ao mesmo tempo, os átomos de metal do eletrodo tendem a entrar na solução como íons e deixar para trás os elétrons no eletrodo, tentando torná-lo carregado negativamente. Em equilíbrio, há uma separação de cargas e dependendo das tendências das duas reações opostas, o eletrodo pode estar carregado positivamente ou negativamente em relação à solução. Uma diferença de potencial se desenvolve entre o eletrodo e o eletrólito, que é chamada de potencial do eletrodo . Quando as concentrações de todas as espécies envolvidas em uma meia-célula são unitárias, o potencial do eletrodo é conhecido como potencial padrão do eletrodo. De acordo com a convenção da IUPAC, os potenciais de redução padrão são agora chamados de potenciais de eletrodo padrão. Em uma célula galvânica, a meia-célula em que ocorre a oxidação é chamada de ânodo e tem um potencial negativo em relação à solução. A outra meia-célula em que ocorre a redução é chamada de cátodo e tem potencial positivo em relação à solução. Assim, existe uma diferença de potencial entre os dois eletrodos e, assim que a chave está na posição ligada, os elétrons passam do eletrodo negativo para o positivo. A direção do fluxo de corrente é oposta à do fluxo de elétrons.

Cálculo

O potencial do eletrodo não pode ser obtido empiricamente. O potencial da célula galvânica resulta de um par de eletrodos. Assim, apenas um valor empírico está disponível em um par de eletrodos e não é possível determinar o valor de cada eletrodo do par usando o potencial de célula galvânica obtido empiricamente. Um eletrodo de referência, eletrodo de hidrogênio padrão (SHE), para o qual o potencial é definido ou acordado por convenção, precisava ser estabelecido. Neste caso, o eletrodo de hidrogênio padrão é definido como 0,00 V e qualquer eletrodo, para o qual o potencial do eletrodo ainda não é conhecido, pode ser emparelhado com o eletrodo de hidrogênio padrão - para formar uma célula galvânica - e o potencial da célula galvânica dá o potencial do eletrodo desconhecido . Usando este processo, qualquer eletrodo com um potencial desconhecido pode ser emparelhado com o eletrodo de hidrogênio padrão ou outro eletrodo para o qual o potencial já foi derivado e esse valor desconhecido pode ser estabelecido.

Uma vez que os potenciais do eletrodo são convencionalmente definidos como potenciais de redução, o sinal do potencial do eletrodo de metal sendo oxidado deve ser invertido ao calcular o potencial total da célula. Os potenciais do eletrodo são independentes do número de elétrons transferidos - eles são expressos em volts, que medem a energia por elétron transferido - e, portanto, os dois potenciais do eletrodo podem ser simplesmente combinados para dar o potencial total da célula, mesmo se diferentes números de elétrons estiverem envolvidos em as duas reações do eletrodo.

Para medições práticas, o eletrodo em questão é conectado ao terminal positivo do eletrômetro , enquanto o eletrodo de hidrogênio padrão é conectado ao terminal negativo.

Tabela de potencial de redução padrão

Quanto maior o valor do potencial de redução padrão, mais fácil é para o elemento ser reduzido ( elétrons de ganho ); em outras palavras, são agentes oxidantes melhores . Por exemplo, F 2 tem um potencial de redução padrão de +2,87 V e Li + tem −3,05 V:

F
2
( g ) + 2 e - ⇌ 2  F-
= +2,87 V
Li+
+ e - ⇌   Li ( s ) = -3,05 V

O potencial de redução padrão altamente positivo de F 2 significa que ele é reduzido facilmente e, portanto, é um bom agente oxidante. Em contraste, o potencial de redução padrão muito negativo de Li + indica que não é facilmente reduzido. Em vez disso, Li ( s ) preferem sofrer oxidação (portanto, é um bom agente redutor ). Zn 2+ tem um potencial de redução padrão de −0,76 V e, portanto, pode ser oxidado por qualquer outro eletrodo cujo potencial de redução padrão seja maior que −0,76 V (por exemplo, H + (0 V), Cu 2+ (0,34 V), F 2 (2,87 V)) e pode ser reduzido por qualquer eletrodo com potencial de redução padrão inferior a −0,76 V (por exemplo, H 2 (−2,23 V), Na + (−2,71 V), Li + (−3,05 V)).

Em uma célula galvânica, onde uma reação redox espontânea leva a célula a produzir um potencial elétrico, a energia livre de Gibbs Δ G ° deve ser negativa, de acordo com a seguinte equação:

Δ G ° célula = - nFE ° célula

onde n é o número de moles de elétrons por mol de produtos e F é a constante de Faraday , ~ 96.485 C / mol. Como tal, as seguintes regras se aplicam:

Se E ° célula > 0, então o processo é espontâneo ( célula galvânica )
Se E ° célula <0, então o processo é não espontâneo ( célula eletrolítica )

Assim, para que haja uma reação espontânea (ΔG ° <0), a célula E ° deve ser positiva, onde:

"E ° célula = E ° cátodo - E ° ânodo

onde E ° ânodo é o potencial padrão no ânodo e E ° cátodo é o potencial padrão no cátodo, conforme fornecido na tabela de potencial padrão do eletrodo.

Veja também

Referências

Leitura adicional

  • Zumdahl, Steven S., Zumdahl, Susan A (2000) Chemistry (5ª ed.), Houghton Mifflin Company. ISBN  0-395-98583-8
  • Atkins, Peter, Jones, Loretta (2005) Chemical Principles (3rd ed.), WH Freeman and Company. ISBN  0-7167-5701-X
  • Zu, Y, Couture, MM, Kolling, DR, Crofts, AR, Eltis, LD, Fee, JA, Hirst, J (2003) Biochemistry , 42, 12400-12408
  • Shuttleworth, SJ (1820) Electrochemistry (50ª ed.), Harper Collins.

links externos