Komórki Koncentracyjne

Potencjał komórkowy reakcji redoks zależy w znacznym stopniu od stężenia reagentów i produktów.

Rozważ ogniwo galwaniczne niklowo-srebrowe w standardowych warunkach o potencjale ogniwa 1,03 wolta. Zmiana stężenia może jednak zwiększyć lub zmniejszyć potencjał komórek.

Jeśli gradient stężeń wpływa na potencjał komórkowy dwóch różnych półogniw, czy można go wykorzystać do skonstruowania ogniwa elektrochemicznego o identycznych półreakcjach?

Rozważmy ogniwo galwaniczne z dwiema identycznymi srebrnymi elektrodami, z których każda jest umieszczona w roztworze zawierającym inne stężenie jonów srebra. Ten układ nazywa się komorą koncentracyjną.

Zgodnie z zasadą Le Châteliera, gradient stężeń napędza spontaniczny przepływ elektronów z półogniwa o niższym stężeniu jonów do półogniwa o wyższym stężeniu jonów. Tak więc utlenianie zachodzi w bardziej rozcieńczonym ogniwie, w którym elektroda srebra jest utleniana, tworząc jony srebra, podczas gdy w bardziej skoncentrowanym ogniwie jony srebra są redukowane do stałego srebra.

Potencjał komórkowy komórki koncentracji jest zatem określany wyłącznie na podstawie różnicy stężeń wybranego odczynnika redoks i można go obliczyć za pomocą równania Nernsta.

Gdy stężenia jonów w dwóch półogniwach stają się równe, komórka koncentracji osiąga równowagę, a jej potencjał staje się zerowy. W tym momencie komórka jest określana jako "martwa".

pH-metry działają na tej samej zasadzie, co cela stężająca, w celu określenia kwasowości lub zasadowości roztworu.

Szklana elektroda pH-metru jest wypełniona roztworem o znanym stężeniu jonów wodorowych. Po zanurzeniu w roztworze o różnym stężeniu jonów wodorowych po obu stronach szkła tworzy się mierzalna różnica potencjałów, która służy do określenia pH próbki.

Jeśli stężenie jonów wodorowych na zewnątrz jest wyższe niż wewnątrz elektrody, zmierzona różnica potencjałów jest duża. Oznacza to, że roztwór jest kwaśny o wartościach pH poniżej siedmiu.

Równe stężenie jonów wodorowych po obu stronach skutkuje zerową różnicą potencjałów. Dlatego mierzony roztwór jest neutralny. Niższe stężenie jonów wodorowych na zewnątrz generuje niską różnicę potencjałów, co oznacza, że roztwór jest zasadowy o wartości pH powyżej siedmiu.