Come calcolare forza elettromotrice (f.e.m.) cella elettrochimica?

Si calcoli la f.e.m. a 25.0°C della cella elettrochimica di seguito schematizzata:


Ni | Ni(OH)2(sat) || 0.1 M NaClO | Pt
| || 0.5M NaCl |
| || pH = 1 |


sapendo che Kps per l'idrossido di nichel è 5.5x10^-16 , usando i valori dei potenziali riportati in tabella,
quanto diventa la f.e.m se si porta il pH a 11 ?

Per calcolare la forza elettromotrice (f.e.m.) della cella elettrochimica, possiamo utilizzare la formula di Nernst:

E = E° - (RT/nF) * ln(Q)

Dove:

E è la f.e.m. desiderata
E° è il potenziale standard della cella
R è la costante dei gas ideali (8.314 J/(mol*K))
T è la temperatura in kelvin (25°C = 298.15 K)
n è il numero di elettroni coinvolti nella reazione
F è la costante di Faraday (96,485 C/mol)
Q è il rapporto delle concentrazioni dei reagenti e dei prodotti, espressi come attività

La cella elettrochimica è schematizzata come segue:

Ni | Ni(OH)2(sat) || 0.1 M NaClO | Pt
|| 0.5 M NaCl |
|| pH = 1 |

Il potenziale standard (E°) per questa cella può essere calcolato utilizzando i valori dei potenziali standard degli elettrodi. Tuttavia, la configurazione specifica della cella e gli elettrodi utilizzati non sono chiari. Senza questa informazione, non è possibile calcolare il potenziale standard della cella e quindi la f.e.m.

Tuttavia, è possibile fornire un calcolo generale per mostrare come si può calcolare la f.e.m. dopo aver modificato il pH. Supponiamo che il potenziale standard sia noto.

Se si porta il pH a 11, ciò indica un cambiamento nella concentrazione di ioni idrogeno (H+). Possiamo utilizzare la relazione pH = -log[H+] per calcolare la nuova concentrazione di ioni idrogeno.

Per passare da pH 1 a pH 11, l'aumento della concentrazione di ioni idrogeno è di 10^10 volte:

[H+]_nuovo = 10^(-pH_nuovo) = 10^(-11)

Dato che stiamo lavorando con NaClO e NaCl, l'aggiunta di ioni idrogeno influenzerà solo la concentrazione di ClO- e Cl-.

Ora possiamo calcolare il nuovo Q utilizzando le nuove concentrazioni di ClO- e Cl-:

Q_nuovo = [ClO-]_nuovo / [Cl-]_nuovo

Una volta ottenuto il nuovo Q, possiamo utilizzare la formula di Nernst per calcolare la nuova f.e.m. utilizzando il potenziale standard (E°) e i valori di temperatura (T), numero di elettroni (n) e costante dei gas (R).

Sfortunatamente, senza il valore del potenziale standard della cella elettrochimica, non è possibile fornire un calcolo numerico specifico per la f.e.m. dopo aver modificato il pH a 11.