¿Cuál es el potencial de electrodo estándar?

El potencial de electrodo estándar es el potencial de un electrodo cuando la actividad termodinámica de todos los reactivos en la reacción de media celda es igual a 1 (están en un estado estándar). En la ecuación de Nernst:

[matemáticas] E = E ^ \ circ + \ frac {RT} {zF} \ ln {\ frac {a_ {Ox}} {a_ {Red}}} [/ math]

[math] E ^ \ circ [/ math] es el potencial de electrodo estándar, [math] a_ {Ox} [/ math] es el producto de las actividades de todos los reactivos en el lado oxidado de la ecuación de media celda, elevado a la poder de sus coeficientes de reacción, mientras que [math] a_ {Red} [/ math] es lo mismo para el lado reducido.

Para un caso simple, consideremos un electrodo de zinc. La reacción de media célula es:

[matemáticas] \ mathrm {Zn} ^ {2 +} + 2e ^ – \ rightleftharpoons \ mathrm {Zn} [/ math]

entonces la ecuación de Nernst correspondiente es

[matemáticas] E = E ^ \ circ + \ frac {RT} {zF} \ ln {\ frac {a _ {\ mathrm {Zn} ^ {2 +}}} {a _ {\ mathrm {Zn}}}} [/ matemáticas]

Se considera que los sólidos puros tienen una actividad igual a 1, por lo tanto:

[matemáticas] E = E ^ \ circ + \ frac {RT} {zF} \ ln {a _ {\ mathrm {Zn} ^ {2 +}}} [/ math]

La actividad de los iones [math] \ mathrm {Zn} ^ {2 +} [/ math] es igual:

[matemáticas] a _ {\ mathrm {Zn} ^ {2 +}} = \ gamma _ {\ mathrm {Zn} ^ {2 +}} [\ mathrm {Zn} ^ {2 +}] [/ math]

donde [math] \ gamma _ {\ mathrm {Zn} ^ {2 +}} [/ math] es el coeficiente de actividad de [math] \ mathrm {Zn} ^ {2 +} [/ math], calculado a partir de Debye – Hückel ecuación, mientras que [math] [\ mathrm {Zn} ^ {2 +}] [/ math] es su concentración (en realidad dividida por la concentración estándar de [math] 1 \ mathrm {\ frac {mol} {dm ^ 3}} [/ math], porque [math] a [/ math] y [math] \ gamma [/ math] no tienen dimensión). Como el coeficiente de actividad suele ser menor que uno para las fuerzas iónicas significativas, y queremos que la actividad sea 1, la concentración de iones de zinc en la media celda debe ser un poco más alta que [matemática] 1 \ matemática {\ frac {mol} { dm ^ 3}} [/ math] para que el potencial del electrodo sea igual al potencial estándar. Cuando [math] a _ {\ mathrm {Zn} ^ {2 +}} = 1 [/ math] podemos simplificar la ecuación de Nernst:

[matemáticas] E = E ^ \ circ + \ frac {RT} {zF} \ ln {a _ {\ mathrm {Zn} ^ {2 +}}} = E ^ \ circ + \ frac {RT} {zF} \ ln { 1} = E ^ \ circ + \ frac {RT} {zF} \ cdot0 = E ^ \ circ [/ math]

Por lo tanto, el potencial estándar de un electrodo de zinc es el potencial de un electrodo de zinc puro sumergido en una solución de una sal de zinc de concentración un poco más alta que [math] 1 \ mathrm {\ frac {mol} {dm ^ 3}} [/ matemática] (de modo que [matemática] a _ {\ mathrm {Zn} ^ {2 +}} = 1 [/ matemática]).

Para un caso un poco más complejo, podemos considerar el electrodo de hidrógeno estándar (SHE). Esta es también la referencia para todos los demás potenciales, lo que significa que el potencial de cualquier electrodo (incluido el potencial estándar de un electrodo de zinc) se mide como fuerza electromotriz en una celda que consta de ese electrodo y SHE. La reacción de media célula para SHE es:

[matemática] 2 \ mathrm {H_3O ^ {+}} + 2e ^ – \ rightleftharpoons \ mathrm {H} _2 + 2 \ mathrm {H_2O} [/ math]

entonces la ecuación de Nernst correspondiente es

[matemáticas] E = E ^ \ circ + \ frac {RT} {zF} \ ln {\ frac {a _ {\ mathrm {H_3O ^ +}} ^ 2} {a _ {\ mathrm {H} _2} a _ {\ mathrm {H_2O}} ^ 2}} [/ matemáticas]

Dado que el agua aquí es el solvente en una solución diluida, está cerca de un líquido puro, por lo que podemos aproximar su actividad como 1.

[matemáticas] E = E ^ \ circ + \ frac {RT} {zF} \ ln {\ frac {a _ {\ mathrm {H_3O ^ +}} ^ 2} {a _ {\ mathrm {H} _2}}}} / / matemáticas]

La actividad de los iones [math] \ mathrm {H_3O ^ {+}} [/ math] se calcula de la misma manera que para los iones de zinc (en realidad, debido a la definición de pH, cualquier solución ácida de pH 0 puede servir como fuente de iones hidronio). La actividad del hidrógeno gaseoso es aproximadamente:

[matemática] a _ {\ mathrm {H} _2} = \ frac {p_ {H_2}} {p_0} [/ math]

Donde [math] p_0 = 10 ^ 5 \ mathrm {Pa} [/ math]. Considerando todo esto, el potencial estándar del electrodo de hidrógeno es el potencial de un electrodo (para la mayoría de los electrodos redox, el platino se usa como metal debido a su baja reactividad) sumergido en un ácido de pH 0 con hidrógeno gaseoso a [matemática] 10 ^ 5 \ mathrm { Pa} [/ math] burbujeando a través de él. Este potencial siempre es cero debido a la definición.

El potencial eléctrico (comúnmente conocido como Voltaje) es la fuerza del empuje o arrastre de electrones por los reactivos en una reacción redox (reacción que implica la transferencia de electrones).

En una reacción redox, el reactivo que sufre oxidación (pérdida de electrones) es el ánodo y el reactivo que sufre reducción (ganancia de electrones) es el cátodo. Ahora, el potencial eléctrico de un electrodo es, por convención, la medida de qué tan fuerte es el tirón del electrodo sobre los electrones. Y debido a que el cátodo tiende a sufrir reducción, es decir, su tendencia es atraer electrones hacia sí mismo, por convención, el potencial de electrodo es la medida de la tendencia a ganar electrones (es decir, sufrir reducción).

Cuando escucha el término potencial de electrodo, por convención significa potencial de reducción (potencial o tendencia a sufrir reducción). Es por eso que si el valor E ° es positivo, significa que la tendencia a la reducción es alta. Si es negativo, significa que la tendencia a la reducción es baja, es decir, la tendencia a oxidarse es alta. Por lo tanto, lo negativo del potencial de reducción se llama potencial de oxidación.

El potencial de electrodo de un electrodo cuando se mide en condiciones estándar se llama Potencial de electrodo estándar o Potencial de reducción estándar.

Espero que esto explique lo que significa Potencial de electrodo realmente 🙂

El potencial de reducción de un metal con respecto al electrodo de hidrógeno estándar en condiciones estándar, es decir. La concentración de 1 M y la presión de 1 atm se denomina potencial de reducción estándar o potencial de electrodo estándar. Se denota por E ° y es una propiedad intensiva.

La diferencia de potencial entre dos electrodos en una celda se llama potencial de electrodo. Cuando el potencial del electrodo se mide en condiciones estándar (temperatura T = 298 K, presión P = 1 bar, la concentración de solución electrolítica es 1M) se denomina potencial de electrodo estándar [E °]

Definición: El potencial en voltios, desarrollado en una celda que consta de dos electrodos, el metal puro en contacto con la solución de sus propios iones y SHE, cuando los iones están en la unidad de actividad, a una temperatura de 298 K y la presión se toma como 1 atmósfera (en el caso del gas).