18.5
פוטנציאל התא הסטנדרטי מעיד על ספונטניות תגובת חמצון-חיזור, וכך גם השינוי באנרגיית גיבס חופשית של התגובה. כיוון ששני המונחים הם מדד לספונטניות התגובה, האם הם קשורים זה לזה? בתא גלווני של נחושת-אבץ, פוטנציאל התא, העומד על 1.10 וולט, גורם לזרימת אלקטרונים, שהיא העבודה החשמלית המקסימלית המבוצעת על ידי התא.
w_max נמדד בג'ול ומבוטא כמכפלה של המטען הכולל המועבר בקולון ופוטנציאל התא בוולט. המטען הכולל, q, תלוי ב-n, מספר המולים של אלקטרונים המועברים במהלך התגובה. בתא הגלווני של נחושת-אבץ, 2 מול אלקטרונים מועברים מאבץ לנחושת, כך ש-n שווה 2.
כדי לחשב את המטען הכולל, N מוכפל בקבוע פרדיי, שהוא גודל המטען החשמלי הקיים ב-1 מול אלקטרונים:96, 485 קולון. לכן, העבודה החשמלית המקסימלית המבוצעת על ידי תא גלווני של נחושת-אבץ נקבעת על פי מספר מולי האלקטרונים, קבוע פרדיי ופוטנציאל התא. כאן את כל האנרגיה לעבודה החשמלית מספק התא עצמו, וכתוצאה מכך המערכת מבצעת עבודה על סביבתה, המצוינת בסימן מינוס.
זכרו שאנרגיית גיבס חופשית קשורה לאנרגיית תגובה הזמינה לביצוע עבודה. בתנאים סטנדרטיים, השינוי באנרגיית גיבס החופשית הוא מדד לכמות העבודה הרבה ביותר המבוצעת בתגובה. לכן ניתן להציב ΔG כעבודה מקסימלית, וכך לחשב את שינוי האנרגיה החופשית של תגובה אלקטרו-כימית.
בתגובת אבץ-נחושת, ΔG היא מינוס 212 קילוג'ול, עדות לכך שהתגובה ספונטנית. בהשוואה לכך, תגובת חמזור ניקל-מנגן עם פוטנציאל תא של מינוס 0.93 וולט מניבה ערך של פלוס 179 קילוג'ול, המעיד על היותה בלתי ספונטנית. השינוי באנרגיה החופשית הסטנדרטית קשור גם לקבוע שיווי המשקל, K.קבוע שיווי משקל גדול מעיד על כך שהתגובה נוטה לצד התוצר, בהתאמה לערך ΔG שלילי, ולהפך.
בשל הקשר שלהם לΔG, פוטנציאל התא וקבוע שיווי המשקל קשורים לכך אף הם. קשר זה נגזר מפתרון משוואה זו של פוטנציאל התא והחלפת ΔG בקבוע הגזים, הטמפרטורה והלוג הטבעי של K.
תרמודינמיקה של תגובת חמצון-חיזור
תרמודינמיקה היא הענף בפיזיקה העוסק בקשר בין חום לצורות אחרות של אנרגיה. בתא אלקטרוכימי, אנרגיה כימית מומרת לאנרגיה חש…
זכויות יוצרים © 2026 MyJoVE Corporation. כל הזכויות שמורות.