Elektrodo Estandarraren Potentzial Datuen Erabilerari Buruzko Galderak Adibide gisa
Elektrodo potentzial estandarrak (E°) funtsezko zeregina du kimikan, batez ere erredox eta erreakzio elektrokimikoak ulertzeko. Erredox erreakzioen norabidea aurreikusteko eta oxidatzaileen eta erreduzitzaileen indarrak alderatzeko modu bat eskaintzen du. Artikulu honek elektrodo potentzial estandarraren datuak erabiltzeko hainbat adibide aurkeztuko ditu, benetako egoeretan duen aplikazioa ilustratzeko.
Elektrodo Potentzial Estandarren Sarrera
Elektrodo potentzial estandarrak elementu edo konposatu batek elektroiak irabazteko edo galtzeko joera neurtzen du baldintza estandarretan (1 M, 1 atm eta 25 °C). Elektrodo potentzial estandarra voltiotan (V) adierazten da eta askotan hidrogeno elektrodo potentzial estandarrarekin (SHE) alderatzen da, hau 0 V bezala hartzen baita.
1. galderaren adibidea: Erreakzio espontaneoak zehaztea
Galdera:
Kalkulatu ea hurrengo erreakzioa espontaneoki gertatuko den:
\[ \text{Zn}^{2+} + \text{Cu} \rightarrow \text{Zn} + \text{Cu}^{2+} \]
Beharrezko elektrodo potentzial estandarrak hauek dira:
– (Zn 2+ + 2e-Zn) (E° = -0.76, V)
– \(\text{Cu}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Cu} \) \( E° = +0.34 \, \text{V} \)
Eztabaida:
1. Definitu erdi-zelula erreakzioak:
Erredukzio erdi-zelulako erreakzioa:
– Oxidazio erdierreakzioa: \[\text{Zn}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Zn} \, \text{(Erredukzioa, E° = -0.76 V)} \]
– Erredukzio erdierreakzioa: \[\text{Cu}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Cu} \, \text{(Erredukzioa, E° = +0.34 V)} \]
2. Erreakzioaren identifikazioa:
Alderantzikatu potentzial txikiagoa duen erreakzioa oxidazio bihur dadin:
– \[\text{Zn} \rightarrow \text{Zn}^{2+} + 2e^{-} \, \text{(Oxidazioa, E° = +0.76 V)} \]
Gainerako erreakzioak:
– \[\text{Cu}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Cu} \, \text{(murrizketa, E° = +0.34 V)} \]
3. Kalkulatu E° osoa (zelula-potentziala):
– \[ E°_{\text{zelula}} = E°_{\text{murrizketa}} + E°_{\text{oxidazioa}} = +0.34 \text{V} + (+0.76 \text{V}) = +1.10 \text{V} \]
Zelularen potentziala (E°_{\text{zelula}}) positiboa denez, erreakzio hau espontaneoa da.
2. galderaren adibidea: Oreka potentziala zehaztea
Galdera:
Kalkulatu tenperatura estandarrean erreakzio honetarako zelula-potentziala:
\[ \text{Fe}^{2+} + \text{Ag} \rightarrow \text{Fe} + \text{Ag}^{+} \]
Elektrodo potentzial estandarra:
– (\text{Fe}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Fe} \) \( E° = -0.44 \, \text{V} \)
– (\text{Ag}^{+} + e^{-} \rightarrow \text{Ag} \) \( E° = +0.80 \, \text{V} \)
Eztabaida:
1. Definitu erdi-zelula erreakzioak:
Erredukzio erdi-zelulako erreakzioa:
– \[\text{Fe}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Fe} \, \text{(Merdukzioa, E° = -0.44 V)} \]
– \[\text{Ag}^{+} + e^{-} \rightarrow \text{Ag} \, \text{(Murrizketa, E° = +0.80 V)} \]
2. Erdi-erreakzioak identifikatu:
Alderantzikatu balio negatibo txikiagoa (positiboagoa) duen erreakzioa:
– \[\text{Fe} \rightarrow \text{Fe}^{2+} + 2e^{-} \, \text{(Oxidazioa, E° = +0.44 V)} \]
Gainerako erreakzioak:
– \[\text{Ag}^{+} + e^{-} \rightarrow \text{Ag} \, \text{(Murrizketa, E° = +0.80 V)} \]
3. Kalkulatu E° osoa (zelula-potentziala):
– \[ E°_{\text{zelula}} = E°_{\text{murrizketa}} + E°_{\text{oxidazioa}} = +0.80 \text{V} + (+0.44 \text{V}) = +1.24 \text{V} \]
Zelula-potentzial positibo batek erreakzio hau baldintza estandarretan berez gertatzen dela adierazten du.
3. adibidea: Gibbs-en energia askearen kalkulua
Galdera:
Zehaztu Gibbs-en energia askearen (ΔG) aldaketa erreakzio honetarako:
\[ \text{Al} + \text{Cu}^{2+} \rightarrow \text{Al}^{3+} + \text{Cu} \]
Elektrodo potentzial estandarra emanda:
– (\text{Al}^{3+} + 3e^{-} \rightarrow \text{Al} \) \( E° = -1.66 \, \text{V} \)
– \(\text{Cu}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Cu} \) \( E° = +0.34 \, \text{V} \)
Eztabaida:
1. Definitu erdi-zelula erreakzioak:
Erredukzio erdi-zelulako erreakzioa:
– \[\text{Al}^{3+} + 3e^{-} \rightarrow \text{Al} \, \text{(Murrizketa, E° = -1.66 V)} \]
– \[\text{Cu}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Cu} \, \text{(murrizketa, E° = +0.34 V)} \]
2. Erreakzioaren identifikazioa:
Alderantzikatu potentzial txikiagoa duen erreakzioa oxidazio bihur dadin:
– \[\text{Al} \rightarrow \text{Al}^{3+} + 3e^{-} \, \text{(Oxidazioa, E° = +1.66 V)} \]
Gainerako erreakzioak:
– \[\text{Cu}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Cu} \, \text{(murrizketa, E° = +0.34 V)} \]
3. Elektroi-balantzea:
Erreakziorako elektroi kopurua berdindu:
– 2 \(\text{Al} \rightarrow 2\text{Al}^{3+} + 6e^{-} \) \[\text{(Oxidazioa, E° = +1.66 V)} \]
– 3 \(\text{Cu}^{2+} + 6e^{-} \rightarrow 3\text{Cu} \) \[\text{(Erredukzioa, E° = +0.34 V)} \]
4. Kalkulatu E° osoa (zelula-potentziala):
– \[ E°_{\text{gelaxka}} = (+0.34 \text{V} \times 3) + (+1.66 \text{V} \times 2) \]
Errorea hemen: Batez bestekoa:
– \[ E°_{\text{gelaxka}} = +0.34 \, \text{V} + +1.66 \, \text{V} = +2.00 \, \text{V}\]
5. Kalkulatu ΔG:
Formula: \(\Delta G = -nFE_{\text{gelaxka}}\)
– \[n = 6 \, \text{elektroiak} \]
– \[F = 96485 \, \text{C/mol} \]
– [ΔG = -6 × 96485, C/mol × +2.00, V]
– \[ = -1157820 \, \text{J/mol} \]
– \[ = -1157.82 \, \text{kJ/mol}\]
Beraz, ΔG negatibo batek erreakzio hau espontaneoa dela adierazten du.
Ondorioa
Elektrodo potentzial estandarraren datuek modu praktiko bat eskaintzen dute erredox erreakzio batek zein norabidetan jarraituko duen, zein litekeena den aurrera egitea eta Gibbs-en energia askearen aldaketarekin duen erlazioa aurreikusteko. Goiko adibide-problemak erakusten du nola erabil daitezkeen datu hauek erredox erreakzio baten espontaneotasuna eta lotutako energia-kalkuluak zehazteko. Ikasleentzat edo kimika ikasten ari den edonorentzat, elektrodo potentzial estandarraren datuak eta haien aplikazioak ulertzea ezinbesteko oinarria da erreakzio elektrokimiko konplexuagoak ulertzeko.
