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Une cellule galvanique est constituée d’une électrode de Mg dans une solution à un molaire de Mg(NO3)2 et d’une électrode de Ag dans une solution à un molaire d’AgNO3. Quel est le potentiel standard de cellule ?
Chaque fois que nous voulons trouver le potentiel standard de cellule pour une cellule galvanique, nous devons examiner les deux demi-réactions pour déterminer laquelle est une oxydation et laquelle est une réduction. La capacité ou le potentiel d'une substance à être réduite s'appelle le potentiel de réduction.
Les potentiels de réduction de nombreuses substances et éléments ont été déterminés dans des conditions standard et par rapport à l’électrode standard à hydrogène, dont le potentiel de réduction dans les conditions standard est de 0,000 volt. Les conditions standard sont une pression d'une atmosphère, une température de 25 degrés Celsius, et des concentrations d'électrolyte de un molaire. Cela nous donne des valeurs de potentiel standard de réduction d’électrode, 𝐸, avec un signe ⦵ en exposant indiquant les conditions standard. Ces valeurs sont mesurées en volts.
Un tableau spécial appelé série électrochimique énumère plusieurs de ces potentiels standard de réduction. Certaines substances ont des valeurs négatives par rapport à l’électrode standard à hydrogène, comme le magnésium, et d’autres ont des valeurs positives, comme l’argent. Les intensités relatives de deux potentiels standard de réduction nous indiquent quelle substance a le plus grand potentiel pour être réduite. En d'autres termes, ces valeurs indiquent quelle substance sera la plus susceptible d'être réduite dans une cellule galvanique.
La demi-réaction dont le potentiel standard de réduction est le plus faible, ou le plus négatif, sera la demi-réaction d'oxydation. On peut donc voir que le magnésium va subir une oxydation. Nous pouvons donc inverser cette flèche de gauche à droite pour écrire correctement cette demi-réaction comme un processus d’oxydation, où un métal solide perd des électrons pour former des ions. Ou nous pouvons simplement inverser l'équation entière pour qu'elle se lise facilement de gauche à droite, en montrant le processus d'oxydation.
Et la demi-réaction avec le potentiel standard de réduction le plus élevé, ou le plus positif, sera la demi-réaction de réduction. Nous pouvons voir que l’argent a une valeur plus positive. Les ions argent vont donc subir une réduction et gagner des électrons pour former de l'argent métallique. L’argent a un plus grand potentiel de réduction que le magnésium. Dans ce cas, le sens de la flèche sur la demi-réaction est correct. Cette demi-réaction est déjà écrite comme une réduction.
La demi-réaction d’oxydation se produit à l’anode et la demi-réaction de réduction à la cathode. Maintenant que nous connaissons les demi-réactions d’oxydation et de réduction, nous pouvons utiliser une équation pour déterminer le potentiel global de cellule d’une cellule galvanique composée de magnésium et d’argent. 𝐸 cellule est égale à 𝐸 cathode moins 𝐸 anode. Nous pouvons maintenant insérer nos valeurs. 𝐸 cathode est le potentiel de l’argent, qui est de plus 0,7996 volt. Et 𝐸 anode est le potentiel du magnésium, qui est égal à moins 2,372 volts.
Faites attention, nous avons deux signes moins. En calculant, nous obtenons 3,172 volts, ce qui est le potentiel standard de cellule pour une cellule galvanique composée de magnésium et d’argent. Il s’agit de la différence de potentiel maximale entre les électrodes de magnésium et d’argent au début de la réaction d’oxydoréduction. Au fil du temps, à mesure que la réaction se déroule, cette valeur diminue. Le signe positif dans le potentiel de la cellule nous indique que lorsque le magnésium est l’anode et l’argent la cathode, une réaction spontanée se produit.
Finalement, quel est le potentiel standard de cellule ? La réponse est 3,172 volts.
