Potencial de Celda y Energía Libre

El potencial de celda estándar indica la espontaneidad de una reacción redox, al igual que el cambio en la energía libre de Gibbs estándar para una reacción. Como ambos términos son una medida de la espontaneidad de la reacción, están relacionados entre sí? En una celda galvánica de zinc-cobre, el potencial de la celda de 1, 10 voltios provoca un flujo de electrones, que es el trabajo eléctrico máximo realizado por la celda.

w_max se mide en julios y se expresa como el producto de la carga total transferida en culombios y el potencial de la celda en voltios. La carga total, q, depende de n, el número de moles de electrones transferidos durante la reacción. En la celda galvánica de zinc-cobre, se transfieren 2 moles de electrones del zinc al cobre, por lo que n es igual a 2.

Para obtener la carga total, N se multiplica por la constante de Faraday, que es la magnitud de la carga eléctrica presente en 1 mol de electrones:96, 485 culombios. Por lo tanto, el trabajo eléctrico máximo realizado por la celda galvánica de zinc-cobre se determina a partir de los moles de electrones, la constante de Faraday, y el potencial de la celda. Aquí, toda la energía para el trabajo eléctrico es suministrada por la propia celda, lo que hace que el sistema realice un trabajo en el entorno que se denota con un signo negativo.

Recuerde que la energía libre de Gibbs está asociada con la energía disponible de una reacción para realizar un trabajo. En condiciones de estado estándar, el cambio en la energía libre de Gibbs es una medida de la mayor cantidad de trabajo generado en una reacción. Así, el trabajo máximo se puede sustituir por ΔG, lo que permite determinar el cambio de energía libre de una reacción electroquímica.

Para la reacción zinc-cobre, ΔG es 212 kilojulios, lo que indica que es espontánea. En comparación, una reacción redox de níquel-manganeso con un potencial de celda estándar de 0, 93 voltios produce un valor de 179 kilojulios, lo que indica que no es espontánea. El cambio de energía libre estándar también está relacionado con la constante de equilibrio, K.Una constante de equilibrio grande indica que la reacción se encuentra en el lado del producto correlacionado con un valor de ΔG negativo, y viceversa.

Dada su relación con el ΔG, el potencial de celda estándar y la constante de equilibrio también están relacionados. Esta relación se obtiene resolviendo esta ecuación para el potencial de celda y sustituyendo ΔG con la constante del gas, la temperatura, y el logaritmo natural de K.