Piles de concentration

Le potentiel cellulaire d'une réaction redox dépend fortement de la concentration des réactifs et des produits. Considérons une cellule galvanique en nickel-argent dans des conditions standard avec un potentiel cellulaire de 1, 03 volts. Un changement de concentration, cependant, peut augmenter ou diminuer le potentiel cellulaire.

Si un gradient de concentration influence un potentiel cellulaire de deux demi-cellules différentes, peut-il être utilisé pour construire une cellule électrochimique avec des demi-réactions identiques? Considérons une cellule galvanique avec deux électrodes d'argent identiques, chacune mise dans une solution contenant une concentration différente d'ions argent. Cette configuration est appelée une cellule de concentration.

Suivant le principe de le Châtelier, le gradient de concentration entraîne le flux d'électrons spontanément de la demi-cellule avec la concentration de l'ion inférieur à la demi-cellule avec la concentration de l'ion supérieur. Ainsi, l'oxydation se produit dans la cellule la plus diluée, où l'électrode d'argent est oxydée, formant des ions argent, alors que dans la cellule la plus concentrée, les ions argent sont réduits en argent massif. Le potentiel cellulaire d'une cellule de concentration est donc uniquement déterminée par la différence de concentration du réactif redox choisi et peut être calculé en utilisant l'équation de Nernst.

Lorsque les concentrations d'ions dans les deux demi-cellules deviennent égal, la cellule de concentration atteint un équilibre, et son potentiel devient zéro. À ce stade, la cellule est déclarée morte"Les pH-mètres fonctionnent selon le même principe qu'une cellule de concentration pour déterminer l'acidité ou la basicité d'une solution. L'électrode en verre du pH-mètre est rempli d'une solution d'une concentration connue d'ions hydrogène.

Lorsqu'il est immergé dans une solution d'une concentration d'ion hydrogène différent, une différence de potentiel mesurable se forme sur les deux côtés du verre et est utilisée pour déterminer le pH de l'échantillon. Si la concentration extérieure en ions hydrogène est plus haut que l'intérieur de l'électrode, la différence de potentiel mesurée est élevée. Cela signifie que la solution est acide avec des valeurs de pH en dessous de sept.

Concentration égale en ions hydrogène des deux côtés entraîne une différence de potentiel zéro. Par conséquent, la solution mesurée est neutre. Une concentration d'ions hydrogène plus faible à l'extérieur génère une faible différence de potentiel, ce qui signifie que la solution est basique avec un pH supérieur à sept.