Potenziale elettrochimico
# Potenziale elettrochimico

Il potenziale elettrochimico, introdotto da John Alfred Valentine Butler (1899–1977) e Edward Armand Guggenheim (1901-1970) per tenere conto delle diverse scale di forze alle quali è sottoposta una certa specie chimica (ad esempio quando si trova in soluzione o allo stato solido nel reticolo cristallino dell'elettrodo), è definito come:

    ${\bar {\mu _{i}^{\alpha }}}=\mu _{i}^{\alpha }+z_{i}e\phi ^{\alpha }$

dove:

* $\mu _{i}^{\alpha }$ è il potenziale chimico della specie i nella fase $\alpha$;
* $z_{i}$ è il numero di cariche presenti su ogni specie trasportatrice di carica; nel caso dell'elettrone tale valore è pari a 1, in quanto ogni elettrone è assimilabile ad una carica negativa, mentre nel caso degli ioni tale valore corrisponde alla valenza dello ione;
* $e$ è la carica elementare;
* $\phi ^{\alpha }$ è il potenziale Galvani relativo alla fase $\alpha$.

Dalla formula anzidetta si nota che il potenziale elettrochimico è costituito da due contributi: un contributo di natura chimica ($\mu _{i}^{\alpha }$), che deriva dall'azione di interazioni a corto raggio, e un contributo di natura elettrica ($z_{i}e\phi ^{\alpha }$), che deriva dall'azione di interazioni a lungo raggio.

## Esempio

Si consideri come esempio una semicella costituita da un elettrodo di zinco (fase solida) immerso in una soluzione elettrolitica contenente ioni $Cl^-$ (fase liquida).

Lo zinco sarà presente sia sotto forma di zinco metallico (nella fase solida) sia sotto forma di ione $Zn^{2+}$ (nella fase liquida):

* Nel metallo, gli atomi di zinco interagiscono tra loro attraverso il cosiddetto legame metallico, per cui la struttura del metallo può essere vista come un reticolo cristallino di ioni zinco $(Zn^{2+})$ immersi in una nube di elettroni liberi $(e^-)$ che permea la struttura.
* In soluzione lo zinco è idratato e può interagire con lo ione $Cl^-.$

in entrambi i casi quindi lo zinco è presente sotto forma di $Zn^{2+}.$ Lo stato energetico dello $Zn^{2+}$ dipende dall'intorno chimico, che si manifesta attraverso forze prevalentemente di natura elettrica. L'energia che è necessaria per trasportare la carica 2+ nella zona in questione (fase solida o fase liquida) è proporzionale quindi al potenziale Galvani $\phi$ della regione, quindi dipende più dalle proprietà del mezzo in questione che dalla natura chimica dello ione.

