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Potenciales termodinámicos, reacciones redox termodinámicamente favorables y su inversión. El sistema Fe - Cu
Objetivos
ï· Construir y operar una celda electroquÃmica que permita estudiar la reacción espontánea Fe0(s) + Cu2+(ac) = Fe2+(ac) + Cu0(s).
ï· Efectuar la inversión de dicha reacción.
Antecedentes
Para procesos o eventos que se efectúan a T y P constantes, el criterio de espontaneidad termodinámica en ellos lo dicta la función termodinámica de estado llamada energÃa libre de Gibbs (G). AsÃ, para un proceso termodinámico en un sistema, el carácter de ÎG establece si a condiciones dadas de T y P el evento es termodinámicamente favorable o no, y también, cuantitativamente en qué medida. Para los eventos termodinámicamente favorables, ÎG < 0; a más negativo ÎG, más favorable será el evento. Es obvio que el evento opuesto en sentido lo será también en su carácter, menos favorable en este caso.
Para una reacción redox, el valor de ÎG toma la expresión:
0 0
mG nFï ï½ ï ï¥
...(1)
En (1), 0
mGï
es el cambio de energÃa libre de Gibbs molar de la reacción redox bajo
condiciones estándar (θ = 25 °C, P = 1 atm); n es el número de partÃculas (e-) transferidas al interior de la reacción redox; F es la constante de M. Faraday
coulombs 96 485
mol eq
ï¦ ï¶ ï§ ï· ï¨ ï¸
y ε0 es el potencial de la celda de la reacción redox a condiciones
estándar (θ = 25.0 °C y M = 1.0 para fases condensadas; θ = 25.0 °C y Pi = 1 atm para fases no condenadas).
Considérense las dos reacciones siguientes:
a) Fe0(s) = Fe2+(ac) + 2e-; ε0 = +0.44 V
b) Cu0(s) = Cu2+(ac) + 2e-; ε0 = -0.34 V
Por tanto:
Fe0(s) = Fe2+(ac) + 2e- ε0 = +0.44 V
Cu2+(ac) + 2e-...