Что делает этот калькулятор
Этот инструмент рассчитывает стандартное изменение энергии Гиббса (ΔG) электрохимической реакции по её ЭДС с помощью термодинамического соотношения \(\Delta G = -nFE\). Он связывает электрохимию с термодинамикой и показывает, является ли окислительно-восстановительная реакция самопроизвольной и сколько полезной электрической работы она способна совершить. Это соотношение универсально и применимо к любому гальваническому или электролитическому элементу.
Как пользоваться
Введите три величины: n — число моль электронов, переносимых в уравненных полуреакциях; E — ЭДС элемента в вольтах (для стандартных условий используйте стандартный потенциал E°); и F — постоянную Фарадея, равную 96 485 кулонов на моль электронов (значение по умолчанию можно оставить). Калькулятор выдаёт ΔG в джоулях и в килоджоулях на моль и сообщает, самопроизвольна ли реакция.
Разбор формулы
Уравнение $$\Delta G = -nFE$$ получается, если приравнять максимальную электрическую работу элемента \((w = -nFE)\) к изменению энергии Гиббса. Здесь \(F = 96\,485\ \text{Кл/моль}\) переводит моли электронов и вольты в джоули, поскольку один вольт, умноженный на один кулон, даёт один джоуль. Положительная ЭДС соответствует отрицательному ΔG, что указывает на самопроизвольную (выделяющую энергию) реакцию.
Пример расчёта
Рассмотрим элемент Даниэля (Zn/Cu) с E° = 1,10 В и n = 2 переносимых электрона. $$\Delta G = -(2)(96485)(1{,}10) = -212\,267\ \text{Дж/моль} = -212{,}27\ \text{кДж/моль}$$ Большое отрицательное значение подтверждает, что реакция в элементе протекает резко самопроизвольно — это согласуется с тем, что батарея выдаёт полезное напряжение.
Частые вопросы
Почему ΔG отрицательно, если E положительно? Знак минус в формуле \(\Delta G = -nFE\) означает, что положительному потенциалу соответствует отрицательное (благоприятное) изменение энергии Гиббса.
Какое значение F использовать? Стандартное значение постоянной Фарадея — 96 485 Кл/моль. В некоторых учебниках его округляют до 96 500.
Может ли E быть отрицательным? Да. Отрицательная ЭДС даёт положительное ΔG: реакция несамопроизвольна и требует подвода энергии (как при электролизе).
