Bir volta hücresinde tepkime oldugunda hücre elektriksel is yapar. Toplam is, asagidaki üç terimin çarpimina esittir. Bunlar, Epil, elektrotlar arasinda aktarilan elektron mol sayisi, ve Faraday sabiti (F) olarak adlandirilan elektron molü basina elektrik yükü (96485 C/mol e-) dür. Welek in birimi de jul (J) dür.
welek = nF Epil
Yukaridaki esitlik yalnizca tersinir olarak çalisan hücrelere uygulanir. Bir islemden elde edilebilen kullanilir enerji (is) miktarinin –ΔG ye esit oldugunu belirtmistik. Bu nedenle,
ΔG = -nF Epil
Tepkenlerin ve ürünlerin standart hallerinde bulundugu özel durumda,
ΔG° = -nF E°pil
Indirgenme Yari-Tepkimelerinin Birlestirilmesi
Fe3+(aq) + 3 e- → Fe(k)
Fe2+(aq) + 2 e- → Fe(k), E° = -0,440 V
Fe3+(aq) + e- → Fe2+(aq), E° = 0,771 V
Istedigimiz yari-tepkime basit olarak bu iki yari-tepkimenin toplamidir. Fakat aradigimiz E° degeri -0,440 V ve 0,771 V ile 0,771 V un toplamindan elde edilemez. Bu ΔG° degerleridir.
Fe2+(aq) + 2 e- → Fe(k); ΔG° = -2 x F x (-0,440 V)
Fe3+(aq) + e- → Fe2+(aq); ΔG° = -1 x F x (0,771 V)
--------------------------------------------------------------------
Fe3+(aq) + 3 e- → Fe(k); ΔG° = (0,880F) V – (0,771F) V = (0,109F) V
Simdi E°Fe3+ / Fe, degerini bulmak için yeniden tepkimeyi kullanabiliriz.
ΔG° = -nF E°Fe3+ / Fe = -3F E°Fe3+ / Fe = (0,109F) V
E°Fe3+ / Fe = (-0,109F / 3F) V = -0,0363 V
Yükseltgenme-Indirgenme Tepkimelerinde Istemli Degismeler
Kendiliginden olusan tepkimeler için için ana ölçütümüz ΔG < 0 olmasidir. Redoks tepkimelerinde ΔG < 0 oldugunda Epil >0 dir. Diger bir deyisle, ΔG negatif ise Epil pozitif olmalidir. Epil pozitif ise, tepkime belirtilen kosullarda ileri yönde egilimlidir. Epil negatif ise, tepkime belirtilen kosullarda ters yönde egilimlidir. Epil = 0 ise tepkime belirtilen kosullarda dengededir. Hücre tepkimesi ters çevrilirse, Epil nin isareti degisir.
Metallerin Asitlere Karsi Davranisi
Yükseltgenme : M(k) → M2+(aq) + 2 e-
Indirgenme : 2 H+(aq) + 2 e- → H2(g)
----------------------------------------------
Net Tepkime : M(k) + 2 H+(aq) → M2+(aq) + H2(g)
E°pil = E°H+/H2 - E°M2+/M = 0 V - E°M2+/M = - E°M2+/M
Standart potansiyelleri negatif olan metaller yukaridaki esitlikte pozitif E°pil degerlerini verirler. Bu metaller asidik çözeltilerden H2(g) açiga çikarmalidir.
E°pil ile K Arasindaki Iliski
ΔG ve E°pil arasinda bir iliski ile ΔG° ve K arasindaki iliski birlestirilebilir.
ΔG° = -RT ln K = -nF E°pil
Ve bu nedenle,
E°pil = (RT / nF) ln K
Yukarida R nin degeri 8,3145 J mol-1K-1 ve n tepkimede aktarilan elektron sayisini gösterir. Sonuç olarak, sicakligi 25°C = 298 K olarak belirledigimizde (elektrot potansiyelleri genellikle bu sicaklikta tayin edilir). Bu esitlikte “RT/F” yerine 0,025693 J/C = 0,025693 V dur.
E°pil = (0,025693 V / n) ln K