Concentratie cellen

Het celpotentieel van een redoxreactie hangt sterk af van de concentratie van de reactanten en producten. Overweeg een nikkel-zilver galvanische cel onder standaardomstandigheden met een celpotentiaal van 1, 03 volt. Een verandering in concentratie kan echter het celpotentieel verhogen of verlagen.

Als een concentratiegradiënt een celpotentiaal van twee verschillende halfcellen beïnvloedt, kan deze dan worden gebruikt om een elektrochemische cel met identieke halfreacties te construeren? Denk aan een galvanische cel met twee identieke zilverelektroden, elk in een oplossing met een verschillende concentratie zilverionen. Deze opstelling wordt een concentratiecel genoemd.

Volgens het principe van Le Châtelier drijft de concentratiegradiënt de elektronenstroom spontaan aan van de halfcel met de lagere ionenconcentratie naar de halfcel met de hogere ionenconcentratie. Aldus vindt oxidatie plaats in de meer verdunde cel, waar de zilverelektrode wordt geoxideerd en zilverionen vormt, terwijl in de meer geconcentreerde cel zilverionen worden gereduceerd tot vast zilver. Het celpotentiaal van een concentratiecel wordt daarom uitsluitend bepaald door het concentratieverschil van het gekozen redoxreagens en kan worden berekend met behulp van de Nernst-vergelijking.

Wanneer de ionenconcentraties in de twee halve cellen gelijk worden, bereikt de concentratiecel een evenwicht en wordt zijn potentiaal nul. Op dit punt wordt de cel dood'verklaard. pH-meters werken volgens hetzelfde principe als een concentratiecel om de zuurgraad of basiciteit van een oplossing te bepalen.

De glaselektrode van de pH-meter is gevuld met een oplossing met een bekende concentratie waterstofionen. Wanneer het wordt ondergedompeld in een oplossing met een verschillende waterstofionenconcentratie, vormt zich een meetbaar potentiaalverschil over de twee zijden van het glas dat wordt gebruikt om de pH van het monster te bepalen. Als de buitenste waterstofionenconcentratie hoger is dan de binnenkant van de elektrode, is het gemeten potentiaalverschil hoog.

Dit betekent dat de oplossing zuur is met pH-waarden onder de zeven. Gelijke waterstofionenconcentratie aan beide zijden resulteert in een potentiaalverschil van nul. Daarom is de gemeten oplossing neutraal.

Een lagere waterstofionenconcentratie aan de buitenkant genereert een laag potentiaalverschil, wat betekent dat de oplossing basisch is met een pH-waarde boven de zeven.