Este documento explica las relaciones entre la fuerza electromotriz (E°celda) de una celda galvánica, el cambio de energía libre (ΔG°) y la constante de equilibrio (K) de una reacción redox. Explica que E°celda está relacionada con ΔG° y K a través de la ecuación E°celda = 0.0257V/n lnK. También presenta la ecuación de Nernst, la cual relaciona la E de una celda con la concentración de reactivos y productos a través

2.  El siguiente paso es ver cómo se relaciona E°celda con
algunas cantidades termodinámicas, como ΔG°(cambio
de energia) y K(constante de equilibrio). En una celda
galvánica, la energía química se transforma en energía
eléctrica para hacer trabajo eléctrico como hacer
funcionar un motor eléctrico. La energía eléctrica, en
este caso, es el producto de la fem(fuerza electromotriz
o voltaje) de la celda por la carga eléctrica total (en
coulombs) que pasa a través de la celda:
𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 = 𝑣𝑜𝑙𝑡𝑠 × 𝑐𝑜𝑢𝑙𝑜𝑚𝑏𝑠
= 𝑗𝑜𝑢𝑙𝑒𝑠
1J = 1𝐶 × 1𝑉
La igualdad significa que:

3.  La carga total está determinada por el número de
electrones que atraviesa la celda, así que tenemos
carga total = 𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑒−
× 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝑢𝑛 𝑒−
 La carga eléctrica de un mol de electrones se denomina
constante de Faraday (F), en honor al químico y físico inglés
Michael Faraday,1 donde:
1𝐹 = 6.022 ∗ 1023
𝑒−
/𝑚𝑜𝑙 𝑒−
× 1.602 ∗ 10−19
𝐶/ 𝑒−
= 9.647 ∗ 104
𝐶/𝑚𝑜𝑙 𝑒−
 a carga total ahora se puede expresar como nF, donde n es
el número de moles de electrones intercambiado entre el
agente oxidante y el agente reductor en la ecuación redox
general para el proceso electroquímico.

4.  La fem medida (Ecelda) es el voltaje máximo que la celda
puede alcanzar,el signo negativo indica que el trabajo
eléctrico lo realiza el sistema (celda galvánica) sobre los
alrededores, donde:
𝑤 𝑚á𝑥 = 𝑤 𝑒𝑙𝑒 = −𝑛𝐹𝐸𝑐𝑒𝑙𝑑𝑎o Wele = trabajo eléctrico
o Wmax = trabajo máximo
o n = producto de la carga total
o F=constante de Faraday
o E=energía de celda
El signo negativo indica que el trabajo eléctrico lo
realiza el sistema (celda galvánica) sobre los
alrededores.
La Energia Disponible o Libre Es: ∆G = 𝑤 𝑚𝑎𝑥 = 𝑤 𝑒𝑙𝑒
Donde:
cambio de energía libre representa la cantidad máxima de trabajo útil que se puede obtener
de una reacción
∆G = −𝑛𝐹𝐸𝑐𝑒𝑙𝑑𝑎Por tanto, podemos escribir
Tanto n como F son positivas, se desprende que Ecelda
debe ser positiva, Para las reacciones en que sus
reactivos y productos están en sus estados estándar ∆𝐺 𝑂 = −𝑛𝐹𝐸𝑐𝑒𝑙𝑑𝑎
𝑜
…1

5. Para la constante de equilibrio (K)
para una reacción redox
 el cambio de la energía libre estándar ΔG° para una reacción se
relaciona con su constante de equilibrio
∆G = −𝑅𝑇𝐼𝑛 𝐾 …….2
Si combinamos las ecuaciones 1
Y 2, obtendremos
−n𝐹𝐸𝑐𝑒𝑙𝑑𝑎
𝑜
= −𝑅𝑇𝐼𝑛 𝐾
Despejamos el Eo
celda
𝐸𝑐𝑒𝑙𝑑𝑎
𝑜
=
𝑅𝑇𝐼𝑛 𝐾
𝑛𝐹
Cuando T = 298 K, la ecuación se simplifica
sustituyendo los valores de R y F:
𝐸𝑐𝑒𝑙𝑑𝑎
𝑜
=
(8.314 𝐽/𝐾 ∗ 𝑚𝑜𝑙)(298𝑘)
𝑛(96500 𝐽/𝑉 ∗ 𝑚𝑜𝑙)
𝐼𝑛𝐾
𝐸𝑐𝑒𝑙𝑑𝑎
𝑜
=
0.0257𝑉
𝑛
𝐼𝑛𝐾 𝐸𝑐𝑒𝑙𝑑𝑎
𝑜
=
0.0257𝑉
𝑛
𝐼𝑜𝑔𝐾

9.  Existe una relación matemática entre la fem de una celda y la
concentración de reactivos y productos de una reacción redox en
condiciones que no corresponden al estado estándar. Esta ecuación
se desarrolla a continuación.
La Ecuación De Nernst
Relación entre el cambio de la energía
libre y el cambio de la energía libre
estándar y el cociente de reacción.
∆G = ∆G 𝑂 + 𝑅𝑇𝐼𝑛 𝑄
o ∆G= cambio de energia
o R = constante de gases
o F=constante de Faraday
o T=temperatura
o Q=cociente de reacción
Puesto que DG = –nFE y DG° = –nFE°, la
ecuación anterior se expresa como
−nFE = −𝑛FE 𝑂
+ 𝑅𝑇𝐼𝑛 𝑄
Dividiendo la ecuación entre –nF obtenemos
E = 𝐸 𝑂
−
𝑅𝑇
𝑛𝐹
𝐼𝑛 𝑄

10. A 298 K, la ecuación se expresa como
E = 𝐸 𝑂 −
0.0257 𝑉
𝑛
𝐼𝑛 𝑄
o, empleando el logaritmo en base 10 de Q, la ecuación quedaría expresada
como:
E = 𝐸 𝑂
−
0.0257 𝑉
𝑛
𝐼𝑜𝑔 𝑄
Durante el funcionamiento de la celda galvánica, los electrones fluyen del ánodo al
cátodo, lo que da por resultado la formación de los productos y una disminución
en la concentración de los reactivos. Así, aumenta Q, lo cual significa que E
disminuye. Finalmente, la celda logra el equilibrio. En el equilibrio no hay
transferencia neta de electrones, de modo que E = 0 y Q = K, donde K es la
constante de equilibrio.