Constante de equilibrio y potencial de celda

La ecuación de Nernst

La ecuación de Nernst generalmente establece:

Donde E es el potencial estándar de la celda, R es la constante de los gases, T es la temperatura en Kelvin, n es el número de electrones que se mueven en la reacción redox, F es la constante de Faraday y Q es el cociente de reacción. El cociente de reacción es la concentración de productos sobre la concentración de reactivos, y en el equilibrio, Q = K, que es la constante de equilibrio.

Entonces, sumando las constantes y suponiendo que la reacción se mantiene a temperatura ambiente, o 298 K, la ecuación se puede reducir a:

Ejemplos de cálculo de la ecuación de Nernst

Esta ecuación se puede usar para resolver la constante de equilibrio de una reacción si se conoce su potencial estándar, y viceversa.

Resolviendo para la constante de equilibrio

¿Cuál es la constante de equilibrio de la siguiente reacción redox?

Para iniciar este problema, se debe encontrar el potencial estándar de la celda. Las tablas muestran el potencial de reducción de Ag +1 a Ag = 0,80. Tenga en cuenta que aunque la mitad de la ecuación que involucra a la plata se multiplica por dos para equilibrar los 2 electrones del zinc, el potencial no se multiplica por dos.

Zn +2 a Zn = -0,76. Dado que el zinc se oxida en esta reacción, la ecuación de media celda se invierte, por lo que el signo del potencial se invierte, dando 0,76.

Estos números se suman para obtener un potencial de celda estándar de 1,56 (0,80 + 0,76 = 1,56) para la reacción. Este valor se puede conectar a la ecuación de Nernst simplificada. Además, dado que hay dos electrones moviéndose en esta reacción, n es 2.

Luego se resuelve K, lo que conduce a

K= 5,04 x 10 52

Como K es muy grande, en el equilibrio quedan casi todos los productos y casi no quedan reactivos.

Resolviendo para el potencial de celda estándar

Una celda galvánica se configura con la siguiente reacción redox.

La constante de equilibrio de la reacción es 6.8 x 10 9 , ¿cuál es el potencial estándar de la celda?

Primero, la cantidad de electrones que se mueven en la reacción es 2, porque el estaño está perdiendo dos electrones, lo que reducirá dos iones de cobre. Una vez que se encuentra, los valores de n y K se pueden reemplazar en la ecuación de Nernst y E se puede resolver para

E = 0,291 V

El potencial estándar de la celda es de 0,291 voltios.

Resumen de la lección

La electroquímica gira en torno a una reacción química específica llamada reacción redox. Una reacción redox contiene un componente que pierde electrones, u oxidación , y un componente que gana esos electrones, o reducción . Cuando se establece una reacción redox en una celda galvánica, el flujo de electrones crea energía eléctrica que se mide en voltios. El potencial estándar de una celda es el voltaje producido cuando las celdas contienen todos los reactivos y ningún producto. Cuando la celda tiene un voltaje de cero, la reacción ha alcanzado el equilibrio.

Estos estados se pueden relacionar usando la ecuación de Nernst :

donde E es el potencial estándar de la celda, n es el número de electrones que se mueven en la reacción balanceada y K es la constante de equilibrio. Esta ecuación se puede usar para resolver la constante de equilibrio de una reacción si se conoce el potencial estándar, y viceversa.