Un potentiel standard, souvent désigné par le terme potentiel standard d'électrode (E°), est une valeur de tension électrique mesurée par rapport à une électrode de référence standard, telle que l'électrode standard à hydrogène (SHE), dans des conditions standards de température, pression et concentration (298,15 K, 1 atm et 1 M pour les espèces en solution, respectivement).
Le potentiel standard d'une demi-cellule est une mesure de la tendance d'un réducteur à se faire oxyder (perdre des électrons) ou d'un oxydant à se faire réduire (gagner des électrons) lorsqu'il est en contact avec son couple redox sous forme d'ions en solution. Les potentiels standards sont des valeurs intrinsèques pour chaque demi-réaction redox et sont déterminés expérimentalement.
Le rôle du potentiel standard est multiple :
1. **Prédictif** : Il permet de prédire la direction spontanée d'une réaction redox. Si une demi-cellule possède un potentiel standard plus élevé que l'autre, la réaction globale se déroulera dans le sens où le réducteur de la demi-cellule à potentiel plus élevé est réduit et celui de l'autre demi-cellule est oxydé.
2. **Calcul de la force électromotrice (f.e.m.)** : Il aide à calculer la force électromotrice théorique d'une cellule électrochimique en utilisant l'équation de Nernst. La différence des potentiels standards des demi-cellules constitue la f.e.m. d'une pile galvanique lorsque les concentrations sont 1 M et la température est de 25 °C (298 K).
3. **Thermodynamique** : Le potentiel standard est directement lié à la constante d'équilibre d'une réaction redox et à la variation de l'énergie libre de Gibbs standard (ΔG°) par la relation ΔG° = -nFE°, où n est le nombre d'électrons échangés et F est la constante de Faraday.
4. **Benchmarking** : Il sert de référence pour comparer la capacité des divers agents oxydants ou réducteurs. Les potentiels standards sont souvent répertoriés dans des tables d'électrochimie pour une utilisation rapide et facile.
Pour mesurer des potentiels standards ou réaliser des études électrochimiques, un potentiostat est souvent utilisé. Un potentiostat est un instrument qui contrôle le potentiel entre une électrode de travail et une électrode de référence en ajustant le courant entre cette électrode de travail et une électrode auxiliaire. Dans le cadre de la mesure des potentiels standards, un potentiostat peut maintenir un potentiel constant pour permettre la détermination précise des courbes de polarisation ou des courbes de Tafel, fondamentales pour comprendre les propriétés électrochimiques d'un système.
Des exemples de potentiostats incluent:
- Gamry Instruments Reference 600+
- Metrohm Autolab PGSTAT101
- BioLogic SP-150
Ces instruments sont capables de mesurer et de contrôler avec précision le potentiel dans des expériences électrochimiques, permettant ainsi de déterminer les potentiels standards des couples redox étudiés.
