Τι είναι η σχέση μεταξύ οξειδοαναγωγικής και ελεύθερης ενέργειας;

Η σχέση μεταξύ του δυναμικού οξειδοαναγωγής και της ελεύθερης ενέργειας είναι βασική για την κατανόηση του αυθορμητισμού και της ενεργειακής αντιδράσεων οξειδοαναγωγής . Εδώ είναι η κατανομή:

δυναμικό οξειδοαναγωγής (E °):

* Αντιπροσωπεύει την τάση ενός χημικού είδους να κερδίσει ή να χάσει ηλεκτρόνια.

* Μετράται σε βολτ (V).

* Ένα θετικό E ° υποδεικνύει ότι το είδος έχει υψηλή τάση να μειωθεί (ηλεκτρόνια κέρδους).

* Ένα αρνητικό E ° υποδεικνύει ότι το είδος έχει μεγάλη τάση να οξειδωθεί (χάνουν ηλεκτρόνια).

Ελεύθερη ενέργεια (ΔG):

* Αντιπροσωπεύει τη μέγιστη ποσότητα εργασίας που μπορεί να ληφθεί από μια αντίδραση σε σταθερή θερμοκρασία και πίεση.

* Μετράται σε Joules (J) ή Kilojoules (KJ).

* Ένα αρνητικό ΔG υποδεικνύει μια αυθόρμητη αντίδραση (απελευθερώνει ενέργεια).

* Ένα θετικό ΔG υποδεικνύει μια μη-νυχτερινή αντίδραση (απαιτεί εισροή ενέργειας).

Η σχέση:

Η σχέση μεταξύ του δυναμικού οξειδοαναγωγής και της ελεύθερης ενέργειας ορίζεται από την ακόλουθη εξίσωση:

ΔG =-NFE °

Οπου:

* ΔG είναι η αλλαγή στην ελεύθερη ενέργεια

* n Είναι ο αριθμός των ηλεκτρονίων που μεταφέρονται στην αντίδραση

* f είναι η σταθερά του Faraday (96.485 c/mol)

* e ° είναι το πρότυπο κυτταρικό δυναμικό (διαφορά δυναμικού οξειδοαναγωγής μεταξύ των δύο μισών αντιδράσεων)

Βασικά σημεία:

* αυθόρμητες αντιδράσεις: Ένα θετικό E ° αντιστοιχεί σε αρνητικό Δg, υποδεικνύοντας μια αυθόρμητη αντίδραση. Αυτό σημαίνει ότι η αντίδραση θα προχωρήσει χωρίς εισροή εξωτερικής ενέργειας.

* ΜΗ ΣΤΟΜΕΡΟΜΕΝΟ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ: Ένα αρνητικό E ° αντιστοιχεί σε ένα θετικό Δg, υποδεικνύοντας μια μη νυχτερινή αντίδραση. Αυτό σημαίνει ότι η αντίδραση απαιτεί την είσοδο ενέργειας.

* Ισορροπία: Όταν το δυναμικό οξειδοαναγωγής των δύο μισών αντιδράσεων είναι ίσο (E ° =0), η ελεύθερη αλλαγή ενέργειας είναι μηδενική (ΔG =0), υποδεικνύοντας ότι η αντίδραση είναι σε ισορροπία.

Συνοπτικά, η σχέση μεταξύ του δυναμικού οξειδοαναγωγής και της ελεύθερης ενέργειας είναι άμεσα αναλογική, με θετικό E ° να δείχνει αρνητικό ΔG και αντίστροφα. Αυτό μας επιτρέπει να προβλέψουμε τον αυθορμητισμό των αντιδράσεων οξειδοαναγωγής και να κατανοήσουμε την ενεργειακή τους δυναμική.

Εφαρμογές:

Αυτή η σχέση είναι ζωτικής σημασίας σε διάφορους τομείς, όπως:

* βιοχημεία: Κατανόηση των αλυσίδων μεταφοράς ηλεκτρονίων στην κυτταρική αναπνοή και στη φωτοσύνθεση.

* Ηλεκτροχημεία: Σχεδιασμός μπαταριών και κυψελών καυσίμου.

* Περιβαλλοντική επιστήμη: Ανάλυση των αντιδράσεων οξειδοαναγωγής που εμφανίζονται σε συστήματα εδάφους και νερού.

* Επιστήμη των υλικών: Πρόβλεψη της σταθερότητας των υλικών με βάση τις ιδιότητες οξειδοαναγωγής τους.