Potencial Celular e Energia Livre

O potencial da célula padrão indica a espontaneidade de uma reação redox, o mesmo acontece com a alteração na energia livre padrão de Gibbs para uma reacção. Como ambos os termos são uma medida de espontaneidade da reação, estão relacionados um com o outro, numa célula galvânica de zinco-cobre, o potencial celular de 1, 10 volts provoca um fluxo de eletróns, que é o máximo trabalho elétrico realizado pela célula. O w_max é medido em joules e é expresso como o produto da carga total transferida em coulombs e do potencial celular em volts.

A carga total, q, depende de n, o número de moles dos eletróns transferidos durante a reação. Na célula galvânica de zinco-cobre, 2 moles de eletróns são transferidos do zinco para o cobre, portanto n é igual a 2. Para obter a carga total, N é multiplicado pela constante de Faraday, que é a magnitude de carga elétrica presente em 1 mol de eletróns:96, 485 coulombs.

Assim, o máximo de trabalho elétrico realizado pela célula galvânica de zinco-cobre é determinado a partir dos mols de eletróns, da constante de Faraday, e do potencial celular. Aqui, toda a energia para o trabalho elétrico é fornecida pela célula em si, resultando no sistema a executar trabalho no meio envolvente que é denotado por um sinal negativo. Recordemos que a energia livre de Gibbs está associada à energia de uma reação disponível para realizar o trabalho.

Em condições de estado normais, a alteração na energia livre de Gibbs é a medida da maior quantidade de trabalho gerada numa reação. Assim, o trabalho máximo pode ser substituído por ΔG, permitindo que a alteração da energia livre de uma reação eletroquímica seja determinada. Para a reação zinco-cobre, ΔG é de 212 kilojoules, indicando que é espontânea.

Em comparação, uma reação redox níquel-manganês com um potencial de célula padrão de 0, 93 volts Produz-se um valor de 179 kilojoules, indicando que é não espontânea. A alteração da energia livre padrão também está relacionada com a constante de equilíbrio, K.Uma constante de equilíbrio grande indica que a reação reside no lado do produto estando correlacionada com um valor ΔG negativo, e vice-versa. Dada a sua relação com ΔG, o potencial da célula padrão e a constante de equilíbrio estão também relacionados.

Esta relação é derivada resolvendo esta equação para o potencial celular e substituindo ΔG pela constante do gás, temperatura, e logaritmo natural de K.