Celle di concentrazione

Il potenziale cellulare di una reazione redox dipende in modo significativo dalla concentrazione dei reagenti e dei prodotti. Si consideri una cella galvanica in nichel-argento in condizioni standard, con un potenziale di cella di 1, 03 volt. Un cambiamento nella concentrazione, tuttavia, può aumentare o diminuire il potenziale cellulare.

Se un gradiente di concentrazione influenza il potenziale cellulare di due diverse semicelle, può essere usato per costruire una cella elettrochimica con semireazioni identiche? Si consideri una cella galvanica con due elettrodi d'argento identici, ciascuno messo in una soluzione contenente una diversa concentrazione di ioni d'argento. Questa configurazione è detta cella di concentrazione.

Seguendo il principio di Le Châtelier, il gradiente di concentrazione guida il flusso di elettroni spontaneamente dalla semicella con la concentrazione di ioni inferiore alla semicella con la concentrazione di ioni più alta. Pertanto, l'ossidazione si verifica nella cella più diluita, dove l'elettrodo d'argento viene ossidato, formando ioni d'argento, mentre nella cella più concentrata, gli ioni d'argento sono ridotti ad argento solido. Il potenziale cellulare di una cella di concentrazione è quindi determinato esclusivamente dalla differenza di concentrazione del reagente redox scelto e può essere calcolato usando l'equazione di Nernst.

Quando le concentrazioni di ioni nelle due semicelle diventano uguali, la cella di concentrazione raggiunge un equilibrio, e il suo potenziale diventa zero. A questo punto, la cella viene definita morta. I misuratori di pH funzionano usando lo stesso principio di una cella di concentrazione per determinare l'acidità o la basicità di una soluzione.

L'elettrodo di vetro del pHmetro è riempito con una soluzione ad una concentrazione nota di ioni idrogeno. Quando viene immerso in una soluzione con una diversa concentrazione di ioni idrogeno, si forma una differenza di potenziale misurabile sui due lati del vetro, e viene usata per determinare il pH del campione. Se la concentrazione di ioni idrogeno all'esterno è superiore a quella interna dell'elettrodo, la differenza di potenziale misurata è elevata.

Ciò significa che la soluzione è acida con valori di pH inferiori a sette. Una concentrazione di ioni idrogeno uguale su ambo i lati determina una differenza di potenziale zero. Pertanto, la soluzione misurata è neutra.

Una concentrazione di ioni idrogeno inferiore all'esterno genera una bassa differenza di potenziale, ossia la soluzione è basica con un valore di pH superiore a sette.