Công cụ này làm gì
Công cụ này tính biến thiên năng lượng tự do Gibbs chuẩn (ΔG) của một phản ứng điện hóa dựa trên thế điện cực của pin, theo hệ thức nhiệt động học \(\Delta G = -nFE\). Nó kết nối điện hóa học với nhiệt động lực học, cho bạn biết một phản ứng oxi hóa – khử có tự diễn biến hay không và có thể sinh ra bao nhiêu công điện hữu ích. Hệ thức này mang tính tổng quát và áp dụng cho mọi pin galvanic (pin điện hóa) lẫn pin điện phân.
Cách sử dụng
Hãy nhập ba giá trị: n là số mol electron trao đổi trong các nửa phản ứng đã cân bằng; E là thế điện cực của pin tính bằng vôn (dùng thế chuẩn E° nếu ở điều kiện chuẩn); và F là hằng số Faraday, bằng 96.485 coulomb trên mỗi mol electron (bạn có thể giữ nguyên giá trị mặc định). Công cụ sẽ trả về ΔG theo cả joule và kilojoule trên mol, đồng thời cho biết phản ứng có tự diễn biến hay không.
Giải thích công thức
Phương trình $$\Delta G = -\,\text{n} \cdot \text{F (C/mol)} \cdot \text{E (V)}$$ xuất phát từ việc cho công điện cực đại mà pin có thể thực hiện (\(w = -nFE\)) bằng với biến thiên năng lượng tự do Gibbs. Ở đây \(F = 96.485 \ \text{C/mol}\) giúp quy đổi số mol electron và vôn thành joule, vì một vôn nhân một coulomb đúng bằng một joule. Thế điện cực dương sẽ cho ΔG âm, báo hiệu phản ứng tự diễn biến (tỏa năng lượng).
Ví dụ minh họa
Xét pin Daniell (Zn/Cu) với E° = 1,10 V và n = 2 electron trao đổi. $$\Delta G = -(2)(96485)(1{,}10) = -212.267 \ \text{J/mol} = -212{,}27 \ \text{kJ/mol}$$ Giá trị âm lớn này khẳng định phản ứng trong pin tự diễn biến rất mạnh, phù hợp với việc pin tạo ra hiệu điện thế sử dụng được.
Câu hỏi thường gặp
Vì sao ΔG âm khi E dương? Dấu trừ trong công thức \(\Delta G = -nFE\) có nghĩa là thế điện cực dương tương ứng với biến thiên năng lượng tự do âm (thuận lợi cho phản ứng).
Nên dùng giá trị F nào? Hằng số Faraday chuẩn là 96.485 C/mol. Một số sách giáo khoa làm tròn thành 96.500.
E có thể âm không? Có. Thế điện cực âm cho ΔG dương, nghĩa là phản ứng không tự diễn biến và cần cung cấp năng lượng từ bên ngoài (như trong điện phân).
