Potenziale standard di riduzione

Il potenziale di riduzione standard (abbreviato E^o) è il potenziale elettrodico riferito all'elettrodo standard a idrogeno (a cui viene assegnato un potenziale E^o= 0,00 V) e misurato nello stato standard: alla pressione di 1 bar, ossia 100 k Pa^[1]^[2]^[3] e ad attività^[1] unitaria. Nella maggior parte dei casi è possibile approssimare l'attività unitaria (a=1) con la concentrazione molare unitaria (concentrazione 1 M per ogni reagente e prodotto).

In biochimica, e più in generale in biologia, si è soliti definire il potenziale standard di riduzione a pH= 7 (pH dei sistemi biologici). Tale grandezza viene indicata come E' ⁰.

Descrizione

Il potenziale standard di un elettrodo E^o e l'energia libera di Gibbs sono legati dall'equazione:^[4]

\operatorname {\Delta } G^{\circ }=-nF\Delta E^{\circ }

dove:

$\Delta G^{\circ }$ è l'energia libera di Gibbs allo stato standard (in J/mol);
n sono le moli di elettroni per mole di prodotti;
F è la costante di Faraday, pari a circa 96485 C/mol.

Se la riduzione avviene in maniera spontanea il potenziale standard risulta positivo (essendo $\Delta G<0$ per un processo spontaneo), mentre se la riduzione avviene in maniera non spontanea il potenziale standard risulta negativo (essendo $\Delta G>0$ per un processo non spontaneo).^[4]

I potenziali standard dell'elettrodo possono essere ottenuti per:

potenziali dell'elettrodo misurati sperimentalmente e ricalcolati con l'equazione di Nernst (soltanto per reazioni reversibili);
calcolo dell'energia libera di Gibbs della semireazione.

La valutazione dei potenziali standard è molto utile per determinare se una reazione redox possa avvenire in condizioni spontanee o meno. Le specie chimiche che possiedono potenziale più alto tendono a ossidare quelle a potenziale più basso: ad esempio l'acido cloridrico è in grado di ossidare (ox) la limatura di ferro in quanto H⁺, con potenziale di 0 V, è in grado di acquisire elettroni dal ferro, che possiede potenziale -0,41 V, producendo idrogeno gassoso e ioni Fe²⁺.

Valori di potenziali standard

Nella tabella seguente vengono indicati alcuni valori dei potenziali standard:^[5]^[6]

Catodo	Potenziale di riduzione standard $E^{\circ }[\mathrm {V} ]$
3N₂ + 2H⁺ + 2e⁻ → 2HN₃	−3,09
Li⁺(aq) + e⁻ → Li(s)	−3,04
Rb⁺ + e⁻ → Rb(s)	−2,98
K⁺(aq) + e⁻ → K(s)	−2,93
Cs⁺(aq) + e⁻ → Cs(s)	−2,92
Ba²⁺(aq) + 2e⁻ → Ba(s)	−2,91
Sr²⁺(aq) + 2e⁻ → Sr(s)	−2,89
Ca²⁺(aq) + 2e⁻ → Ca(s)	−2,76
Na⁺(aq) + e⁻ → Na(s)	−2,71
Mg(OH)₂ + 2e⁻ → Mg + 2OH⁻	−2,69
Mg²⁺(aq) + 2e⁻ → Mg(s)	−2,38
H₂AlO₃⁻(aq) + H₂O + 3e⁻ → Al(s) + 4OH⁻	−2,35
N₂(g) + 2H₂O + 4H⁺ + 2e⁻ → 2NH₃OH⁺(aq)	−1,87
Al³⁺(aq) + 3e⁻ → Al(s)	−1,66
HPO₃²⁻(aq) + 2H₂O + 2e⁻ → H₂PO₂⁻(aq) + 3OH⁻	−1,65
ZnO₂²⁻(aq) + 2H₂O + 2e⁻ → Zn(s) + 4OH⁻	−1,22
CrO₂⁻(aq) + 2H₂O + 3e⁻ → Cr(s) + 4OH⁻	−1,20
Mn²⁺(aq) + 2e⁻ → Mn(s)	−1,19
2SO₃⁼(aq) + 2H₂O + 2e⁻ → S₂O₄⁼(aq) + 4OH⁻	−1,12
PO₄³⁻(aq) + 2H₂O + 2e⁻ → HPO₃²⁻(aq) + 2OH⁻	−1,05
Sn(OH)₆²⁻(aq) + 2e⁻ → HSnO₂⁻(aq) + 3OH⁻ + H₂O	−0,93
SO₄²⁻(aq) + H₂O + 2e⁻ → SO₃²⁻(aq) + 2OH⁻	−0,93
Cr²⁺(aq) + 2e⁻ → Cr(s)	−0,91
Ti³⁺(aq) + e⁻ → Ti²⁺(aq)	−0,90
TiO₂(s) + 4H⁺ + 4e⁻ → Ti(s) + 2H₂O	−0,86
2H₂O(l) + 2e⁻ → H₂(g) + 2OH⁻(aq)	−0,828
Zn²⁺(aq) + 2e⁻ → Zn(s)	−0,762
Cr³⁺(aq) + 3e⁻ → Cr(s)	−0,74
AsO₄³⁻(aq) + 2H₂O + 2e⁻ → AsO₂⁻(aq) + 4OH⁻	−0,71
PbO(s) + H₂O + 2e⁻ → Pb(s) + 2OH⁻	−0,576
Fe(OH)₃(s) + e− → Fe(OH)₂(s) + OH⁻	−0,56
2CO₂(g) + 2H⁺ + 2e⁻ → H₂C₂O₄(s)	−0,49
S(s) + H₂O + 2e⁻ → HS⁻(l) + OH⁻	−0,48
S(s) + 2e⁻ → S²⁻(aq)	−0,476
Fe²⁺(aq) + 2e⁻ → Fe(s)	−0,41
Cd²⁺(aq) + 2e⁻ → Cd(s)	−0,40
Co²⁺(aq) + 2e⁻ → Co(s)	−0,28
Ni²⁺(aq) + 2e⁻ → Ni(s)	−0,257
Sn²⁺(aq) + 2e− → Sn(s)	−0,14
Pb²⁺(aq) + 2e⁻ → Pb(s)	−0,13
Fe³⁺(aq) + 3e⁻ → Fe(s)	−0,04
2H⁺(aq) + 2e⁻ → H₂(g)	0,00
Sn⁴⁺(aq) + 2e⁻ → Sn²⁺(aq)	0,15
Cu²⁺(aq) + e⁻ → Cu⁺(aq)	0,16
ClO₄⁻(aq) + H₂O(l) + 2e− → ClO₃⁻(aq) + 2OH⁻(aq)	0,17
S₄O₆²⁻(aq) + 2e⁻ → 2S₂O₃²⁻(aq)	0,2
AgCl(s) + e⁻ → Ag(s) + Cl⁻(aq)	0,22
Cu²⁺(aq) + 2e⁻ → Cu(s)	0,34
ClO₃⁻(aq) + H₂O(l) + 2e⁻ → ClO₂⁻(aq) + 2OH⁻(aq)	0,35
IO⁻(aq) + H₂O(l) + 2e⁻ → I⁻(aq) + 2OH⁻(aq)	0,49
Cu⁺(aq) + e⁻ → Cu(s)	0,52
I₂(s) + 2e⁻ → 2I⁻(aq)	0,54
ClO₂⁻(aq) + H₂O(l) + 2e⁻ → ClO⁻(aq) + 2OH⁻(aq)	0,59
Fe³⁺(aq) + e⁻ → Fe²⁺(aq)	0,77
Hg₂²⁺(aq) + 2e⁻ → 2Hg(l)	0,80
Ag⁺(aq) + e⁻ → Ag(s)	0,80
Hg²⁺(aq) + 2e⁻ → Hg(l)	0,85
ClO⁻(aq) + H₂O(l) + 2e⁻ → Cl⁻(aq) + 2OH⁻(aq)	0,90
2Hg²⁺(aq) + 2e⁻ → Hg₂²⁺(aq)	0,90
NO₃⁻(aq) + 4H⁺(aq) + 3e⁻ → NO(g) + 2H₂O(l)	0,96
Br₂(l) + 2e⁻ → 2Br⁻(aq)	1,07
O₂(g) + 4H⁺(aq) + 4e⁻ → 2H₂O(l)	1,23
Cr₂O₇²⁻(aq) + 14H⁺(aq) + 6e⁻ → 2Cr³⁺(aq) + 7H₂O(l)	1,33
Cl₂(g) + 2e⁻ → 2Cl⁻(aq)	1,36
Ce⁴⁺(aq) + e⁻ → Ce³⁺(aq)	1,44
MnO₄⁻(aq) + 8H⁺(aq) + 5e⁻ → Mn²⁺(aq) + 4H₂O(l)	1,49
H₂O₂(aq) + 2H⁺(aq) + 2e⁻ → 2H₂O(l)	1,78
Co³⁺(aq) + e⁻ → Co²⁺(aq)	1,82
S₂O₈²⁻(aq) + 2e⁻ → 2SO₄²⁻(aq)	2,01
O₃(g) + 2H⁺(aq) + 2e⁻ → O₂(g) + H₂O(l)	2,07
F₂(g) + 2e⁻ → 2F⁻(aq)	2,87

Note

^ ^a ^b http://www.chimica.unipd.it/chimind/pubblica/chimAnal1/modulo%20A/cap11%20-%20equilibri%20redox.pdf^{[collegamento interrotto]}
^ Copia archiviata (PDF), su old.iupac.org. URL consultato il 21 gennaio 2011 (archiviato dall'url originale il 5 novembre 2010).
^ standard conditions for gases Archiviato il 14 dicembre 2010 in Internet Archive.
^ ^a ^b Zoski, p. 4.
^ Elettrochimica (PDF), su chimica.unipd.it. URL consultato il 19 ottobre 2010 (archiviato dall'url originale il 30 maggio 2009).
^ Vademecum, pp. 94−95.

Bibliografia

(EN) Cynthia G. Zoski, Handbook of Electrochemistry, Elsevier Science, 2007, ISBN 978-0-444-51958-0.
Aldo Gaudiano, Giorgio Gaudiano, Vademecum di Chimica, 2ª ed., Zanichelli, 1998 [1982], ISBN 88-08-09499-5.
Lincoln Taiz, Eduardo Zeiger, Fisiologia Vegetale, 3ª ed., Piccin, 2006, ISBN 978-88-299-1974-1

Voci correlate

Collegamenti esterni

Tavola dei potenziali standard di riduzione, su itchiavari.org.
Tavola dei potenziali standard di riduzione in ordine alfabetico per elemento, su itchiavari.org.

Portale Chimica

Portale Elettrochimica

[autogenerato1-1] ttp://www.chimica.unipd.it/chimind/pubblica/chimAnal1/modulo%20A/cap11%20-%20equilibri%20redox.pdf^{[collegamento interrotto]}

[2] Copia archiviata (PDF), su old.iupac.org. URL consultato il 21 gennaio 2011 (archiviato dall'url originale il 5 novembre 2010).

[3] standard conditions for gases Archiviato il 14 dicembre 2010 in Internet Archive.

[zos4-4] Zoski, p. 4.

[5] Elettrochimica (PDF), su chimica.unipd.it. URL consultato il 19 ottobre 2010 (archiviato dall'url originale il 30 maggio 2009).

[vad-6] Vademecum, pp. 94−95.

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