Différence de potentiel et enthalpie libre

Le potentiel cellulaire standard indique une spontaéité de réaction redox, tout comme la variation de l'énergie libre de Gibbs standard pour une réaction. Comme les deux termes sont une mesure de la spontanéité de la réaction, sont-ils liés les uns aux autres? Dans une cellule galvanique zinc-cuivre, le potentiel de la cellule de 1, 10 volts provoque un flux d'électrons, qui est le travail électrique maximal effectué par la pile.

w_max est mesuré en joules et est exprimé comme le produit de la charge totale transférée en coulombs et le potentiel de la cellule en volts. La charge totale, q, dépend de n, le nombre de moles d'électrons transférés pendant la réaction. Dans la cellule galvanique zinc-cuivre, 2 moles d'électrons sont transférés du zinc au cuivre, donc n est égal à 2.

Pour obtenir la charge totale, N est multiplié par la constante de Faraday, qui est la magnitude de charge électrique présente dans 1 mole d'électrons:96 485 coulombs. Ainsi, le travail électrique maximal réalisé par la cellule galvanique zinc-cuivre est déterminé à partir des moles d'électrons, constante de Faraday, et le potentiel cellulaire. Ici, toute l'énergie pour les travaux électriques est fourni par la cellule elle-même, résultant dans le système effectuant des travaux sur l'environnement qui est indiqué par un signe négatif.

Rappelons que l'énergie libre de Gibbs est associée avec l'énergie d'une réaction disponible pour effectuer le travail. Dans des conditions d'état standard, la variation d'énergie libre de Gibbs est une mesure de la plus grande quantité de travail généré dans une réaction. Ainsi, le travail maximum peut être remplacé par ΔG, permettant de déterminer le changement d'énergie libre d'une réaction électrochimique.

Pour la réaction zinc-cuivre, ΔG est de 212 kilojoules, indiquant qu'il est spontané. En comparaison, une réaction redox nickel-manganèse avec un potentiel de cellule standard de 0, 93 volts donne une valeur de 179 kilojoules, indiquant qu'il n'est pas spontané. La variation d'énergie libre standard est également lié à la constante d'équilibre, K.Une grande constante d'équilibre indique que la réaction se situe du côté du produit, ce qui correspond à une valeur ΔG négative, et vice versa.

Compte tenu de leur relation avec ΔG, le potentiel de cellule standard et la constante d'équilibre sont également liées. On obtient cette relation en résolvant cette équation pour le potentiel cellulaire et en substituant ΔG par la constante des gaz, la température et log naturel de K.