Ποιες συνθήκες οξειδοαναγωγής θα προκαλέσουν μια αυθόρμητη αντίδραση;
* Αντιδράσεις οξειδοαναγωγής και ελεύθερη ενέργεια: Οι αντιδράσεις οξειδοαναγωγής οδηγούνται από τη διαφορά στην τάση των ειδών να κερδίζουν ή να χάσουν ηλεκτρόνια. Αυτή η τάση ποσοτικοποιείται από το τυπικό δυναμικό μείωσης (E °) .
* Κυτταρικό δυναμικό: Το τυποποιημένο κυτταρικό δυναμικό (E ° Cell) είναι η διαφορά στα τυπικά δυναμικά μείωσης μεταξύ των δύο μισών αντιδράσεων σε μια αντίδραση οξειδοαναγωγής.
* Ο αυθορμισμός και η Gibbs Free Energy: Μια αντίδραση είναι αυθόρμητη (εμφανίζεται χωρίς εξωτερική είσοδο ενέργειας) εάν η μεταβολή της ελεύθερης ενέργειας Gibbs (ΔG °) είναι αρνητική. Η σχέση μεταξύ ΔG ° και E ° κυττάρων είναι:
ΔG ° =-nfe ° Cell
όπου:
* n είναι ο αριθμός των γραμμομορίων ηλεκτρονίων που μεταφέρονται στην ισορροπημένη αντίδραση
* F είναι η σταθερά του Faraday (96.485 C/mol)
* θετικό κύτταρο E °, αρνητικό ΔG °: Εάν το κύτταρο E ° είναι θετικό, τότε το Δg ° είναι αρνητικό, υποδεικνύοντας μια αυθόρμητη αντίδραση.
Συνοπτικά:
* θετικό E ° Cell = αρνητική ΔG ° = Αυθόρμητη οξειδοαναγωγική αντίδραση
* αρνητικό E ° Cell = θετική ΔG ° = Μη-αντίδραση οξειδοαναγωγής
Πώς να προσδιορίσετε το E ° Cell:
1. Προσδιορίστε τις μισές αντιδράσεις: Καταρρίψτε τη συνολική αντίδραση οξειδοαναγωγής στην οξείδωση και τη μείωση των μισών αντιδράσεων.
2. Αναζητήστε τυπικά δυναμικά μείωσης: Βρείτε το τυπικό δυναμικό μείωσης (E °) για κάθε μισή αντίδραση σε έναν πίνακα τυπικών δυνατοτήτων μείωσης.
3. Αντιστρέψτε την οξείδωση μισή αντίδραση: Η μισή αντίδραση οξείδωσης είναι αυτή που οξειδώνεται (απώλεια ηλεκτρόνων). Αντιστρέψτε την αντίδραση και αλλάξτε το σημάδι του e ° της.
4. Υπολογίστε το E ° Cell: Προσθέστε τις τιμές E ° των δύο μισών αντιδράσεων.
Παράδειγμα:
Εξετάστε την αντίδραση:
Zn (s) + Cu²⁺ (aq) → Zn²⁺ (aq) + cu (s)
* μισή αντίδραση:
* Οξείδωση:Zn (s) → Zn²⁺ (aq) + 2e⁻ (E ° =+0,76 V)
* Μείωση:Cu²⁺ (aq) + 2e⁻ → Cu (s) (E ° =+0,34 V)
* e ° Cell: +0.76 V +0.34 V =+1.10 V
Δεδομένου ότι το κύτταρο E ° είναι θετικό, η αντίδραση είναι αυθόρμητη.
