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Essay by SkyByte November 2014

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Potenciales termodinámicos, reacciones redox termodinámicamente favorables y su inversión. El sistema Fe - Cu

Objetivos

 Construir y operar una celda electroquímica que permita estudiar la reacción espontánea Fe0(s) + Cu2+(ac) = Fe2+(ac) + Cu0(s).

 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 energía libre de Gibbs (G). Así, para un proceso termodinámico en un sistema, el carácter de ΔG 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, ΔG < 0; a más negativo ΔG, 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 ΔG toma la expresión:

0 0

mG nF   

...(1)

En (1), 0

mG

es el cambio de energía libre de Gibbs molar de la reacción redox bajo

condiciones estándar (θ = 25 °C, P = 1 atm); n es el número de partículas (e-) transferidas al interior de la reacción redox; F es la constante de M. Faraday

coulombs 96 485

mol eq

     

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-...