Свободна енергия и клетъчен потенциал

Когато имаме електрохимична клетка, е важно да правим връзка между потенциала на клетката и свободната енергия на окислително-редукционния процес. Тази формула дава връзката между свободната енергия и потенциала на клетката. Делта G е промяната на свободната енергия. Знаем, че за спонтанните реакции делта G е отрицателно. Нека да го запиша тук. Делта G е отрицателно за спонтанните окислително-редукционни процеси в електрохимичните клетки. В края на видеото ще изчислим стойността на делта G. Това Е тук представлява клетъчния потенциал, или волтажът. Той се измерва лесно. Просто поглеждаме волтметъра на клетката, той показва за тази клетка +1,10 волта. Много лесно се измерва волтажът на една електрохимична клетка. След това n, то представлява моловете електрони, които се трансферират при окислително-редукционния процес. За този процес това са два мола електрони, които се пренасят при окислително-редукционния процес. И накрая имаме F, това е константата на Фарадей. Тя показва колко е зарядът, който се пренася от един мол електрони. Можем да изчислим константата на Фарадейу ще го направим тук. Един електрон има заряд от 1,6 по 10^–19 кулона. Кулоните са мерна единица за заряд. Нека да го запиша. 1,6 всъщност е 1,602 по 10^–19 за един електрон. Един електрон има такъв заряд. Ако искаме да намерим заряда, който се пренася от един мол електрони, трябва да умножим по числото на Авогадро. Умножаваме по числото на Авогадро, което е 6,022 по 10^23. Това е колко електрони има в един мол електрони. Това е броят на електроните в един мол електрони. И като умножим тези двете, ще получим заряда на един мол електрони. Вадя калкулатора и нека да намеря константата на Фарадей. Тя е 1,602 по 10^–19. Това ще умножа по числото на Авогадро, 6,022 по 10^23. Получавам 96 472. Мерната единица е кулони за мол електрони. Кулони на мол. Ако направим по-внимателно изчисление, ще получим 96 485 кулони за мол. Ще виждаш това число в различни учебници. Но по-често можеш да го закръглиш на 96 500. Така, 96 500 кулона за мол. Това е подходящо за почти всички изчисления, които ще правиш. Обясних всеки член от тази формула. Клетъчният потенциал, за който говорихме, 1,10 волта, всъщност това е стандартният клетъчен потенциал. Това е волтажът, когато клетката работи при стандартни условия. Който се дефинира така: всички твърди вещества са в чисто състояние, което е нашият случай тук, защото имаме метален цинк. Това е твърдо вещество в чиста форма. Метална мед, това е твърдо вещество в чисто състояние. Също така разтворите трябва да имат един мол концентрация. Имаме едномоларен разтвор на цинков сулфат, което ни дава концентрация един мол на Zn2+ в разтвора. И едномоларен разтвор на меден сулфат, което означава един мол Cu2+ в разтвора. Температурата е 25 градуса. Това са 25°C. Ако условията са такива и поставиш волтметър, ще получиш този волтаж. Можем да преработим формулата като добавим тук един горен индекс. Можем да напишем Е нулево вместо Е. Е нулево е стандартният клетъчен потенциал. Това означава, че всички условия са стандартни. И тогава това ще бъде делта G нулево. Това сега е делта G нулево, стандартната промяна на свободната енергия. Хайде да намерим делта G нулево. Вече знаем, че то ще бъде отрицателно, тъй като това е спонтанен окислително-редукционен процес. Но нека да заместим стойностите. Ще си направя малко място тук долу. И да заместим числата. Търсим делта G нулево, стандартната промяна на свободната енергия. Тук имаме знак минус, ще го обясня малко по-късно. След това имаме n. Помниш какво представлява n. Това са моловете електрони, които се пренасят в нашия окислително- редукционен процес. Това са два мола. Това са два мола електрони. Поставяме това в скоби. После е константата на Фарадей, F. Пресметнахме я – 96 500 кулона за мол. Значи това са 96 500 кулона за мол. И накрая заместваме стандартния клетъчен потенциал. Е нулево е 1,10 волта за тази волтаична клетка. И да видим мерните единици, един волт колко джаула за кулон е? Вместо волтове, ще заместя с джаули за кулон, за да съгласуваме мерните единици. Това е +1,10 джаула за кулон. Хайде да пресметнем. Първо да видим мерните единици и кои се съкращават. Моловете се съкращават. Зарядът, кулоните също се съкращават и получаваме джаули за отговора. Хайде да видим колко джаула ще получим. Да пресметнем, две по 96 500. После умножавам по 1,10. И получавам 212 300 джаула. Но това е в джаули. Нека го обърнем в килоджаули. 212 000 джаула са 212 килоджаула. И да не забравим този отрицателен знак. Не забравяй този отрицателен знак. Това са – 212 килоджаула за делта G нулево. Стандартната промяна на свободната енергия за тази волтаична клетка е –212 килоджаула. Вече знаем, че когато делта G е отрицателно, това е спонтанна реакция. Тук имаме спонтанна окислително-редукционна реакция. Обърни внимание, че делта G нулево и Е нулево имат противоположни знаци. Имаме положителен знак за волтажа и получихме отрицателен знак за делта G. Ето защо има минус тук във формулата. Спонтанна реакция във волтаична клетка има положителен клетъчен потенциал, т.е. положителна стойност за волтажа, но отрицателна промяна на свободната енергия, тъй като това показва спонтанна реакция.