Triebkraft chemischer Reaktionen – Potentialdifferenz

Die Zellspannung einer galvanischen Zelle bezeichnet man auch als eiektromotorische Kraft (EMK). Ihr Betrag (in V) ist umso groBer, je groBer die Tendenz zum Ablaufen der chemischen Reaktion in der Zelle ist. Die EMK hangt von der Natur und der Konzentration der an der Umsetzung beteiligten Stoffe, sowie von der Temperatur ab. Liegen Edukte und Produkte im Standardzustand vor, spricht man von der Standard-EMK der galvanischen Zelle.

Ist die Potentialdifferenz einer galvanischen Zelle ungleich null, besitzt die Zellreaktion stets das Bestreben in einer bestimmten Richtung abzulaufen. Die Elektronen werden in dieser Vorzugsrichtung durch den Stromkreis,,gepumpt“. Die zugehorige Reaktion ist durch eine negative freie Reaktionsenthalpie AG charakterisiert (Кар. 4.2.4). Ist AG negativ und sein Absolutwert groB, ist die Tendenz zum Ablauf der Reaktion ebenfalls groB. Damit verknupft ist eine groBe Potentialdifferenz AE zwischen den Redoxpartnem. Entsprechend
folgt fur einen negativen, vom Absolutwert her kleinen AG-Wert eine geringe Potentialdif – ferenz AE. Im Gleichgewichtszustand (AG = 0) ist auch AE gleich null.

Die fur den Ablauf einer chemischen Reaktion verantwortliche GroBe, die freie Enthalpie AG, ist mit der Potentialdifferenz AE gemaB Beziehung (7-15) verknupft.

Подпись:AG = – z F AE

F = Faraday-Konstante z = Anzahl der ausgetauschten Elektronen AE = Potentialdifferenz zwischen den Halbzellen (Redoxpaaren).

Die Faraday-Konstante F entspricht der Ladung von 1 Mol Elektronen:

F = Ladung des Elektrons • Anzahl der Elektronen pro Mol F = (1,602 1892-1 O’19 C) • (6,022 0453- 1023 mol-1)

F = 96 485 C/mol.

Fur gleiche Elektrolytkonzentrationen betragt die EMK fur das Daniell-Element 1,1 V. Nach Gl. (7-15) lasst sich die freie Reaktionsenthalpie der ablaufenden Redoxreaktion be – rechnen:

AG = – 2 • 96 485 C/mol • 1,1 V = -212,3 kJ/mol.

Der AG-Wert von -212,3 kJ/mol entspricht der maximalen Arbeit, die mit der Zelle geleis – tet werden kann. Errechnet man die freie Reaktionsenthalpie mit einer Standard-EMK AE°, erhalt sie das Symbol AG° (Gl. 7-16). Der im Beispiel ermittelte AG-Wert bezieht sich so – mit auf das Standard-Daniell-Element.

AG° = – z F – AE°. (7-16)

Der Zusammenhang zwischen der freien Reaktionsenthalpie AG als MaB fur die Triebkraft einer chemischen Reaktion und der Potentialdifferenz AE bildet die Grundlage fur das Verstandnis der Korrosion der Metalle (Кар. 8.2).