|
3-8. Nernst 공식
지구화학자를 위한 기본적인 열역학 내용은 이미 앞에서 모두 소개한 듯 싶다.
여기에서는 기본적인 내용 이외에 것들 중에서 앞으로 지구화학을 공부하는데 필요하다고 생각하는
것들을 몇 가지 더 추가로 소개하고자 한다.
전자를 주고 받는 반응 (즉, 산화-환원 반응)에 대한 깁스 자유에너지는
다음과 같이 간단히 전기화학적 에너지로 전환할 수 있다
ΔG = nFE. (3-43)
위에서 n = 주고 받는 전자의 수, F = 패러데이 상수(Faraday constant; 23.06 kcal/V.mole 또는
96,489 coulomb/mole), E = 전극 전위(electrode potential)이다. 식 (3-21)에 식 (3-43)을
대입하고 정리하면 다음과 같이 Nernst 공식을 얻을 수 있다.
E = Eo +(RT/nF)Σiνiln a i.
(3-44)
이 Nernst 공식은 주어진 화학적 조건하에서 반응에 참여하는 산화 환원 화학종들의
안정 영역을 결정하는 매우 중요한 식이다.
(3-14)식을 하나의 반응식에 적용하면
dΔGr = ΔVrdP - ΔSrdT.
(3-45)
이 반응이 평형에 도달하면, dΔGr = 0. 따라서,
dP/dT = ΔSr/ΔVr
(3-46)
이 식은 Clapeyron 공식이라 부르는 것으로, T-P 공간 상에서
반응에 참여하는 각 상의 안정 영역을 정하고 온도 압력의 변화에 따른 공생군의
변화를 예측하는데 중요하게 이용되는 식이다.
반응에 참여하는 상의 분압이 온도에 따라 어떻게 변하는지
기술하는 Clausius-Clapeyron 공식이 있는데, 이 공식은
다음과 같다:
d(lnP)/dT = (ΔH)/(RT2)
(3-47)
이 공식은 결국 온도에 따른 반응의 평형 상수 변화를 계산하는 근간이 되는 식인데,
어떻게 유도된 것인지 각자 알아보기로 하자.
|