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Epila, ΔG e K (potenziale di cella e energia libera)


Quando in una cella voltaica avviene una reazione redox, la cella compie lavoro. Tale lavoro consiste nello spostamento degli elettroni, ovvero delle cariche elettriche. Essendo, in una cella galvanica, la reazione redox spontanea, si avrà ΔG<0 (proprio perché la reazione è spontanea), con produzione di lavoro elettrico, il quale avrà segno positivo.
Il lavoro elettrico totale sarà il prodotto di tre grandezze: Epila, ovvero il potenziale di cella; z, ovvero il numero di elettroni spostati nel processo; F, ovvero la costante di Faraday (carica trasportata da una mole di elettroni), uguale a 96485 C/mol e-. Sapendo che la quantità di energia che si può ricavare da un processo reversibile e spontaneo è –ΔG, possiamo dire che:
-ΔG=zFE_pila→ΔG=-zFE_pila
Se i prodotti e i reagenti sono nel loro stati standard allora si avrà:
ΔG°=-zF〖E°〗_pila→-ΔG°=zF〖E°〗_pila
Il numero di elettroni, z, è anche chiamato numero di carica. Tale numero non ha unità, è semplicemente un numero.
È importante ricordare che -ΔG° è il lavoro chimico, mentre zF〖E°〗_pila è il lavoro elettrico.
Il criterio adottato per stabilire se una reazione è spontanea è ΔG<0. In accordo con l’equazione ΔG°=-zF〖E°〗_pila per le reazioni redox se ΔG<0 allora Epila>0. Quindi Epila deve essere positivo se si vuole che ΔG sia negativa. Per prevedere la direzione di una variazione spontanea in una reazione redox si applicano i seguenti principi:
Se Epila è positivo si verifica spontaneamente la reazione in senso diretto;
Se Epila è negativo la reazione avviene spontaneamente in senso inverso per le condizioni stabilite;
Se Epila =0 la reazione è all’equilibrio;
Se si inverte una reazione di cella allora Epila cambia di segno.

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