Cálculo de la FEM y Potenciales de Óxido Reducción

     La termoquímica establece que una reacción es espontánea cuando la variación de energía libre asociada a ella es negativa, lo que se traduce en una disminución de la función de estado G. En términos de energía eléctrica generada por un generador de fem (fuerza electromotriz) al transportar una carga eléctrica Q a través de un circuito, se expresa mediante la ecuación de trabajo eléctrico: W = QE. La carga Q corresponde a la cantidad de electrones transportados, donde n es el número de moles de electrones y F es la constante de Faraday, igual a la carga llevada por un mol de electrones (es decir, carga del electrón multiplicada por el número de Avogadro, que es 96500 culombios).

    Dado que G representa la máxima energía que una reacción puede liberar, se tiene la relación G = -nFE, donde para que G sea negativo, E debe ser positivo. Esto conduce a la condición crucial para prever la espontaneidad de una reacción redox: la pila formada por sus dos semirreacciones debe tener una fem positiva. Cuanto más positiva sea la fem, mayor será la espontaneidad del proceso, y la fem se mide en voltios.

   La medición de la fem se realiza con un circuito potenciométrico para evitar la polarización de cargas, lo que podría introducir un potencial adicional no deseado. La pila electroquímica consta de un electrodo de oxidación (ánodo, pérdida de electrones), un electrodo de reducción (cátodo, ganancia de electrones) y un medio para la transferencia de carga. La fem se calcula restando el potencial de oxidación al potencial de reducción: Fem = E reducción - E oxidación. La espontaneidad se relaciona con la magnitud de los potenciales: a medida que E oxidación se vuelve más positivo, G oxidación se vuelve más negativo, indicando mayor espontaneidad, y lo mismo ocurre con la reducción.