Diagrammi di Latimer: la chimica redox di un elemento in una riga

Il diagramma di Latimer è un modo compatto per riassumere tutta la chimica redox di un elemento in una sola riga. Riporta in sequenza i diversi stati di ossidazione, collegati da frecce su cui è scritto il potenziale standard di riduzione che porta dall’uno all’altro. Da questa riga si legge a colpo d’occhio quale specie è ossidante, quale è riducente e quale tende a disproporzionare.

Vediamo come è costruito un diagramma di Latimer, come si calcola il potenziale tra stati non adiacenti, come si prevede la disproporzione e perché esistono versioni diverse per ambiente acido e basico.

Come è fatto un diagramma di Latimer

In un diagramma di Latimer le specie dell’elemento sono disposte da sinistra a destra in ordine di stato di ossidazione decrescente: a sinistra la forma più ossidata, a destra quella più ridotta. Ogni freccia collega due stati adiacenti e porta scritto sopra il potenziale standard della semireazione che riduce la specie di sinistra in quella di destra. In poche cifre è condensata l’intera scala redox dell’elemento.

Calcolare il potenziale tra stati non adiacenti

Spesso serve il potenziale tra due stati che non sono direttamente collegati da una freccia. Non si possono semplicemente sommare i potenziali: bisogna fare una media pesata sul numero di elettroni scambiati in ciascun passaggio. In pratica si moltiplica ogni potenziale per il numero di elettroni del suo passaggio, si sommano questi prodotti e si divide per il numero totale di elettroni. È una conseguenza del fatto che a combinarsi in modo additivo sono le energie libere, non i potenziali.

stato ossidato  E° (V)→  stato intermedio  E° (V)→  stato ridotto  (potenziali sopra le frecce)

Prevedere la disproporzione

Una delle informazioni più utili che il diagramma fornisce è se uno stato intermedio è stabile o tende a disproporzionare, cioè a trasformarsi in parte nello stato più ossidato e in parte in quello più ridotto. La regola è semplice: una specie tende a disproporzionare quando il potenziale alla sua destra è maggiore di quello alla sua sinistra. In quel caso la specie funziona contemporaneamente da ossidante e da riducente verso sé stessa.

Ambiente acido e ambiente basico

I potenziali di molte semireazioni dipendono dal pH, perché coinvolgono ioni idrogeno o ioni ossidrile. Per questo si costruiscono diagrammi di Latimer distinti per soluzione acida (convenzionalmente a pH zero) e per soluzione basica (a pH quattordici). Lo stesso elemento può comportarsi in modo molto diverso nei due ambienti: una specie stabile in acido può disproporzionare in ambiente basico, o viceversa, e i due diagrammi lo mettono in evidenza.

A che cosa serve

Il diagramma di Latimer è uno strumento di consultazione rapido per il chimico inorganico: in una riga racchiude il comportamento redox di un elemento in tutti i suoi stati, permettendo di prevedere reazioni, stabilità e tendenze senza dover cercare ogni singolo potenziale. È il punto di partenza per costruire rappresentazioni più visive, come i diagrammi di Frost, che traducono gli stessi dati in un grafico immediato.

Quadro d’insieme

Il diagramma di Latimer riassume la chimica redox di un elemento allineandone gli stati di ossidazione e indicando i potenziali standard tra stati adiacenti. Permette di calcolare potenziali tra stati lontani con una media pesata sugli elettroni e di prevedere la disproporzione confrontando i potenziali. Versioni separate descrivono l’ambiente acido e quello basico.

Per vedere come la stabilita redox dipenda anche dal pH si usano i diagrammi di Pourbaix.

Domande frequenti

Che cos’è un diagramma di Latimer?

È una rappresentazione compatta della chimica redox di un elemento: dispone i suoi stati di ossidazione in fila, dal più ossidato a sinistra al più ridotto a destra, collegati da frecce su cui è scritto il potenziale standard di riduzione tra stati adiacenti. In una sola riga riassume tutti i potenziali rilevanti, permettendo di valutare a colpo d’occhio quali specie sono ossidanti, quali riducenti e quali instabili.

Come si calcola il potenziale tra stati non adiacenti?

Non si sommano i potenziali, ma se ne fa una media pesata sul numero di elettroni. Si moltiplica ogni potenziale per il numero di elettroni del rispettivo passaggio, si sommano questi prodotti e si divide per il numero totale di elettroni coinvolti. Il motivo è che a combinarsi in modo additivo sono le energie libere delle semireazioni, proporzionali al prodotto tra potenziale e numero di elettroni, e non i potenziali presi da soli.

Come si prevede la disproporzione con il diagramma?

Si confrontano i potenziali a destra e a sinistra di uno stato intermedio. Se il potenziale alla destra della specie è maggiore di quello alla sua sinistra, la specie tende a disproporzionare, cioè a trasformarsi in parte nello stato più ossidato e in parte in quello più ridotto, comportandosi al tempo stesso da ossidante e da riducente verso sé stessa. È una lettura immediata, che evita di dover scrivere e combinare le semireazioni.

Perché servono diagrammi diversi per acido e basico?

Perché i potenziali di molte semireazioni dipendono dal pH, dato che coinvolgono ioni idrogeno o ioni ossidrile. Lo stesso elemento può quindi comportarsi in modo diverso a seconda dell’ambiente: una specie stabile in soluzione acida può disproporzionare in ambiente basico, o viceversa. Per questo si costruiscono diagrammi di Latimer distinti, convenzionalmente a pH zero per l’ambiente acido e a pH quattordici per quello basico.

A che cosa serve in pratica?

È uno strumento di consultazione rapido per la chimica inorganica: in una riga racchiude il comportamento redox di un elemento in tutti i suoi stati di ossidazione, permettendo di prevedere reazioni, stabilità e tendenze senza cercare ogni singolo potenziale. È anche il punto di partenza per costruire rappresentazioni grafiche più immediate, come i diagrammi di Frost, che traducono gli stessi dati in una forma visiva.