Construindo um diagrama EH-PH:um guia passo a passo

Os diagramas EH-PH, também conhecidos como diagramas de Pourbaix, são ferramentas poderosas usadas na química e na ciência ambiental para visualizar a estabilidade de diferentes espécies químicas em função do pH e potencial redox (EH). Veja como você pode construir um:

1. Defina o sistema:

* espécies químicas: Identifique as espécies químicas que você deseja incluir no diagrama. Este pode ser um único elemento ou um conjunto de compostos relacionados.
* Condições: Especifique a temperatura, a pressão e outras condições relevantes do seu sistema.
* Concentração: Decida sobre a concentração das espécies químicas. A maioria dos diagramas EH-PH é desenhada para uma concentração específica (por exemplo, 1 m), mas você pode ajustá-lo para aplicações específicas.

2. Reúna dados termodinâmicos:

* potenciais de redução padrão: Encontre os potenciais de redução padrão (e °) para reações redox relevantes envolvendo as espécies químicas. Esta informação é normalmente encontrada em tabelas ou bancos de dados.
* Constantes de equilíbrio: Determine as constantes de equilíbrio (k) para todas as reações relevantes que envolvem as espécies. Você pode calculá -los usando a alteração de energia livre de Gibbs (ΔG °) ou encontrá -los na literatura.
* Outros dados termodinâmicos: Você pode precisar de outros dados termodinâmicos, como mudança de entalpia (ΔH °), alteração de entropia (ΔS °) e coeficientes de atividade para aplicações específicas.

3. Escreva as reações químicas:

* reações redox: Escreva as equações químicas equilibradas para todas as reações redox possíveis envolvendo as espécies químicas.
* reações ácidas-base: Inclua reações relevantes da BASE ácido para explicar as alterações no pH.

4. Derive as equações de Nernst:

* Para cada reação redox: Use a equação de Nernst para expressar o potencial redox (EH) em função do pH e as concentrações de reagentes e produtos.
* Equação de Nernst: EH =E ° - (RT/NF) ln (q) onde:
* Eh:potencial redox
* E °:potencial de redução padrão
* R:Constante de gás ideal
* T:temperatura
* n:número de elétrons transferidos
* F:Faraday Constant
* Q:Quociente de reação

5. Plote as linhas de equilíbrio:

* para cada reação: Plote a linha em que a reação está em equilíbrio (EH =0) em um gráfico com pH no eixo x e EH no eixo y.
* inclinação: A inclinação de cada linha é determinada pelo número de elétrons transferidos (n) e pelo número de prótons (H+) envolvido na reação.
* intercepta: As interceptações das linhas são determinadas pelo potencial de redução padrão (E °) e pela constante de equilíbrio (k) para a reação.

6. Defina campos de estabilidade:

* Campo de estabilidade: A área no diagrama EH-PH, onde uma espécie química específica é termodinamicamente estável.
* Identifique espécies estáveis: Para cada ponto no diagrama, determine as espécies estáveis ​​com base nas reações que favorecem a oxidação ou a redução dessa espécie.
* Campos de estabilidade da etiqueta: Rotule cada região com as espécies químicas dominantes que são estáveis ​​nessa área.

7. Adicione informações adicionais:

* Corrosão: Você pode incluir linhas que representam o potencial de corrosão dos metais para aplicações práticas.
* pH e EH Ranges: Adicione linhas que representam faixas de interesse específicas de pH e EH, como as encontradas em águas naturais ou processos industriais.
* Outras espécies: Considere incluir os campos de estabilidade de outras espécies relevantes no mesmo sistema.

8. Interprete o diagrama EH-PH:

* Preveja o comportamento químico: O diagrama ajuda a prever o comportamento de uma determinada espécie química sob condições específicas de pH e EH.
* Identifique espécies dominantes: Você pode identificar facilmente as espécies químicas dominantes sob um determinado conjunto de condições.
* Analisar sistemas ambientais: Os diagramas de EH-PH são usados ​​na química ambiental para entender o destino e o transporte de metais e outros poluentes.

Ferramentas de software:

* Software especializado como "chemeql" ou "geoquímica do geoquímico" pode ser usado para gerar diagramas EH-PH.
* O software de planilha como o Excel também pode ser usado para calcular e plotar os dados, mas requer mais esforço manual.

Nota: A construção de um diagrama EH-PH pode ser complexa, especialmente para sistemas multi-componentes. Sempre consulte dados termodinâmicos confiáveis ​​e consulte a literatura relevante para aplicações específicas.