I diagrammi EH-Ph, noti anche come diagrammi di Pourbaix, sono potenti strumenti utilizzati nella chimica e nelle scienze ambientali per visualizzare la stabilità delle diverse specie chimiche in funzione del pH e del potenziale redox (EH). Ecco come puoi costruirne uno:
1. Definire il sistema:
* Specie chimiche: Identifica le specie chimiche che si desidera includere nel diagramma. Questo potrebbe essere un singolo elemento o un insieme di composti correlati.
* Condizioni: Specificare la temperatura, la pressione e altre condizioni rilevanti del sistema.
* Concentrazione: Decidere sulla concentrazione delle specie chimiche. La maggior parte dei diagrammi EH-Ph sono disegnati per una concentrazione specifica (ad es. 1 m), ma è possibile regolare questo per applicazioni specifiche.
2. Raccogli i dati termodinamici:
* Potenziali di riduzione standard: Trova i potenziali di riduzione standard (E °) per le reazioni redox rilevanti che coinvolgono le specie chimiche. Queste informazioni si trovano in genere in tabelle o database.
* Costanti di equilibrio: Determinare le costanti di equilibrio (k) per tutte le reazioni rilevanti che coinvolgono la specie. Puoi calcolarli usando il cambiamento di energia libera di Gibbs (ΔG °) o trovarli in letteratura.
* Altri dati termodinamici: Potrebbe essere necessario altri dati termodinamici come il cambiamento di entalpia (ΔH °), il cambiamento di entropia (ΔS °) e i coefficienti di attività per applicazioni specifiche.
3. Scrivi le reazioni chimiche:
* Reazioni redox: Scrivi le equazioni chimiche bilanciate per tutte le possibili reazioni redox che coinvolgono le specie chimiche.
* Reazioni a base di acido: Includi reazioni di base acida rilevanti per tenere conto delle variazioni del pH.
4. Deriva le equazioni di Nernst:
* Per ogni reazione redox: Utilizzare l'equazione di Nernst per esprimere il potenziale redox (EH) in funzione del pH e le concentrazioni di reagenti e prodotti.
* Equazione di Nernst: Eh =e ° - (rt/nf) ln (q) dove:
* EH:potenziale redox
* E °:potenziale di riduzione standard
* R:costante di gas ideale
* T:temperatura
* n:numero di elettroni trasferiti
* F:costante di Faraday
* Q:quoziente di reazione
5. Traccia le linee di equilibrio:
* per ogni reazione: Traccia la linea in cui la reazione è in equilibrio (EH =0) su un grafico con pH sull'asse x ed EH sull'asse Y.
* pendenza: La pendenza di ciascuna linea è determinata dal numero di elettroni trasferiti (N) e dal numero di protoni (H+) coinvolti nella reazione.
* Intercepts: Le intercettazioni delle linee sono determinate dal potenziale di riduzione standard (E °) e dalla costante di equilibrio (k) per la reazione.
6. Definire i campi di stabilità:
* Campo di stabilità: L'area sul diagramma EH-ph in cui una specie chimica specifica è termodinamicamente stabile.
* Identifica le specie stabili: Per ogni punto del diagramma, determinare le specie stabili in base alle reazioni che favoriscono l'ossidazione o la riduzione di quella specie.
* Campi di stabilità dell'etichetta: Etichetta ogni regione con le specie chimiche dominanti che sono stabili in quella zona.
7. Aggiungi ulteriori informazioni:
* corrosione: Puoi includere linee che rappresentano il potenziale di corrosione dei metalli per applicazioni pratiche.
* PH ed EH Ranges: Aggiungi linee che rappresentano specifici gamme di pH ed EH di interesse, come quelle che si trovano nelle acque naturali o nei processi industriali.
* Altre specie: Considera l'inclusione dei campi di stabilità di altre specie rilevanti nello stesso sistema.
8. Interpreta il diagramma EH-ph:
* Prevedi il comportamento chimico: Il diagramma aiuta a prevedere il comportamento di una data specie chimica in condizioni specifiche di pH ed EH.
* Identifica le specie dominanti: È possibile identificare facilmente le specie chimiche dominanti in un determinato insieme di condizioni.
* Analizzare i sistemi ambientali: I diagrammi EH-PH sono utilizzati in chimica ambientale per comprendere il destino e il trasporto di metalli e altri inquinanti.
Strumenti software:
* Software specializzato come "Chemeql" o "Geochimist's Workbench" può essere utilizzato per generare diagrammi EH-PH.
* Il software di foglio di calcolo come Excel può anche essere utilizzato per calcolare e tracciare i dati, ma richiede un maggiore sforzo manuale.
Nota: La costruzione di un diagramma EH-ph può essere complesso, in particolare per i sistemi multi-componenti. Fare sempre riferimento a dati termodinamici affidabili e consultare la letteratura pertinente per applicazioni specifiche.
