Potencials de cel·la en condicions no estàndard

Potencials de cel·la en condicions no estàndard
27 de setembre de 2024 No hi ha comentaris Electroquímica, Química, Tecnologia Industrial Oscar Alex Fernandez Mora

Considereu la següent reacció a una temperatura ambient: $$Co(s)+Fe2+(aq,1.94M)⟶Co2+(aq,0.15M)+Fe(s)$$ És el procés espontani?

Per determinar si el procés és espontani, podem analitzar el potencial de cel·la utilitzant els potencials de reducció estàndard $E°$. Després, aplicarem l’equació de Nernst per a les concentracions donades. La reacció en qüestió és una cel·la galvànica (reacció d’oxidació-reducció), i els passos són els següents:

1. Escriure les semireaccions:

  • Oxidació: $\text{Co(s)} \rightarrow \text{Co}^{2+} (aq) + 2e^-$
  • Reducció: $\text{Fe}^{2+} (aq) + 2e^- \rightarrow \text{Fe(s)}$

2. Buscar els potencials estàndard de reducció $E°$:

  • Potencial estàndard de reducció de $\text{Co}^{2+}/\text{Co}$: $E° = -0,28 \, V$
  • Potencial estàndard de reducció de $\text{Fe}^{2+}/\text{Fe}$: $E° = -0,44 \, V$

3. Determinar el potencial estàndard de la cel·la ($E°$ de cel·la):

El potencial estàndard de la cel·la es calcula amb:

$$E°{\text{cel·la}} = E°{\text{càtode}} – E°_{\text{ànode}}$$

En aquest cas:

  • El ferro $\text{Fe}^{2+}/\text{Fe}$ és el càtode (es redueix), per tant $E°_{\text{càtode}} = -0,44 \, V$.
  • El cobalt $\text{Co}^{2+}/\text{Co}$ és l’ànode (s’oxida), per tant $E°_{\text{ànode}} = -0,28 \, V$.

$$E°_{\text{cel·la}} = (-0,44 \, V) – (-0,28 \, V) = -0,16 \, V$$

4. Aplicar l’equació de Nernst:

Com tenim concentracions diferents de les condicions estàndard, apliquem l’equació de Nernst per ajustar el potencial de cel·la:

$$E_{\text{cel·la}} = E°_{\text{cel·la}} – \left( \frac{0,0592}{n} \right) \log \left( \frac{[\text{Co}^{2+}]}{[\text{Fe}^{2+}]} \right)$$

On:

  • $n = 2$ (nombre d’electrons transferits),
  • $[\text{Co}^{2+}] = 0,15 \, M$,
  • $[\text{Fe}^{2+}] = 1,94 \, M$.

Substituint els valors:

$$E_{\text{cel·la}} = -0,16 \, V – \left( \frac{0,0592}{2} \right) \log \left( \frac{0,15}{1,94} \right)$$

$$E_{\text{cel·la}} = -0,16 \, V – 0,0296 \log \left( 0,077 \right)$$

$$E_{\text{cel·la}} = -0,16 \, V – 0,0296 (-1,11)$$

$$E_{\text{cel·la}} = -0,16 \, V + 0,0329 \, V$$

$$E_{\text{cel·la}} = -0,1271 \, V$$

5. Interpretar el resultat:

El potencial de la cel·la calculat és de $-0,1271$ V, cosa que significa que és negatiu. Això indica que el procés no és espontani en aquestes condicions.

Conclusió:

La reacció no és espontània a les concentracions donades.

Tags
Sobre l'autor
Oscar Alex Fernandez Mora Etern estudiant de la Rússia tsarista. Gran aficionat als destil·lats i als fermentats. Malaltís de llibres de la MIR i entusiasta del #LaTeX. Soci de l’ACBC. Important actiu del projecte Campana de Gauss

Leave a reply

L'adreça electrònica no es publicarà. Els camps necessaris estan marcats amb *