語彙
| English | 意味 |
|---|---|
| feasible/ˈfiːzɪbl/ | 可能である |
| free energy/friː ˈenədʒi/ | 自由エネルギー |
| Nernst equation/nɜːnst ɪˈkweɪʒn/ | ネルンスト方程式 |
| half-equation/hɑːf ɪˈkweɪʒn/ | 半反応式 |
| activation energy/ˌæktɪˈveɪʃn ˈenədʒi/ | 活性化エネルギー |
反応の進行予測
- 正の起電力は、反応が可能であることを意味する。
- 起電力は自由エネルギーと関連している。
- 非標準濃度はネルンスト式で扱う。
探索
ネルンストシフト実験
Eシフトインデックスは濃度比とともに変化する
濃度比を変化させ、電極電位のシフトを確認する。
実践
電池電位（Ecell）が正の場合、反応は実現可能である。
難易度 1/5 · 100 コイン + 今日初回完了時に小ボーナス付与
Ecell = E(還元) − E(酸化)。
可能性と酸化還元方程式
- $E^{\ominus}_{\text{cell}}$ が正の場合、反応は可能である。
- 完全な方程式を作るには: 2つの半反応式を取り出し、酸化される方を逆転させ、電子が相殺するように足し合わせる。
- 自由エネルギーとの関連: $\Delta G^{\ominus} = -n E^{\ominus}_{\text{cell}} F$ (n = 電子のモル数)。
電気分解: イオンが電極へ移動して反応する
実践
電池電位が次の場合、酸化還元反応は実現可能である：
難易度 1/5 · 100 コイン + 今日初回完了時に小ボーナス付与
正のE°cellは反応が起こり得ることを意味する（負のΔGに相当）。
実践
電池電位と自由エネルギーの関係は：
難易度 1/5 · 100 コイン + 今日初回完了時に小ボーナス付与
ΔG° = −nE°cellF；正のE°cellは負のΔG°（実現可能）を与える。
実践
2つの半反応式から全体の酸化還元方程式を組むには：
難易度 1/5 · 100 コイン + 今日初回完了時に小ボーナス付与
一方の半反応式を逆方向（酸化）にし、電子が消滅するように加算することで完全な方程式を得る。
実践
各実現可能性の考え方を対応させる。
難易度 2/5 · 140 コイン + 今日初回完了時に小ボーナス付与
各項目は用語を正しい意味と結びつける。
ネルンスト式
濃度が標準でない場合、$E$ は変化する:
$$E = E^{\ominus} + \frac{0.059}{z} \log \frac{[\text{oxidised}]}{[\text{reduced}]}$$
- $z$ ＝ 半反応式の電子数。
- 酸化された種の濃度を上げると、$E$ はより正になる。
実践
ネルンストの式によると、酸化体の濃度を増加させるとEは：
難易度 1/5 · 100 コイン + 今日初回完了時に小ボーナス付与
対数項が増加するため、酸化体がより高濃度になるとEはより正の値となる。
可能性 Always 速いとは限らない
- 正のEcellは、反応が熱力学的に可能であることを示すが、非常に遅い場合もある。
- 高い活性化エネルギーにより、理論上可能な反応でも実際には起こらないことがある。
理解できましたか
Key idea
- $E^{\ominus}_{\text{cell}} > 0$ のとき反応は可能である
- 方程式を作る: 酸化された半反応式を逆転させて足し合わせ、電子を相殺させる
- $\Delta G^{\ominus} = -n E^{\ominus}_{\text{cell}} F$
- ネルンスト: $E = E^{\ominus} + \dfrac{0.059}{z}\log\dfrac{[\text{oxidised}]}{[\text{reduced}]}$ — 酸化された種が多い → $E$ がより正