Übung, 3.12.12: Redoxpotentiale, Nernst-Gleichung 1. Im letzten Kapitel wurde die Berechnung von pH-Werten für unterschiedliche Typen von Säuren und Basen erläutert, und Indikatoren vorgestellt, die bei entsprechender Mischung (vgl. im Praktikum verwendetes Universalindikatorpapier!) eine grobe Abschätzung des pHWerts einer Lösung erlaubten. Diese Aufgabe befasst sich mit der Messung des pH-Werts mit Hilfe einer galvanischen Zelle. Gegeben ist eine Zn/Zn2+-Halbzelle (E° (Zn/Zn2+) = –0,76 V); c(Zn2+ = 0,10 mol/L), die mit einer Wasserstoffelektrode kombiniert wird. Dazu wird die Elektrode aus Pt mit Wasserstoffgas (p = 0,50 bar) umspült, die in die Lösung mit unbekanntem pH-Wert eintaucht. Die Messung der elektromotorischen Kraft für dieses galvanische Element liefert einen Wert von 0,45 V. Ermitteln Sie den pH-Wert dieser Lösung. 2. Das Cytochrom c ist ein kleines Häm-Protein, das als Elektronenüberträger in der Atmungskette fungiert. In deren letztem Schritt wird es katalysiert durch das Enzym Cytochrom c-Oxidase mit Sauerstoff vom zweiwertigen (cyt c-Fe2+) in den dreiwertigen Zustand (cyt c-Fe3+) oxidiert. Die beiden Standardreduktionspotenziale sind E° (cyt c-Fe2+ / cyt c-Fe3+) = 0,22 V E° (2 H2O / O2) = 1,22 V Faraday-Konstante F = 96495 C/V a) Berechnen Sie die Freie Enthalpie für diesen Prozess bei einem pH-Wert von 5,0 und einem Sauerstoff-Partialdruck von 0,20 bar. Die Konzentrationen an cyt c-Fe2+ und cyt c-Fe3+ werden als identisch angenommen. b) Die frei werdende Energie wird zum Aufbau des Protonengradienten über die innere Mitochondrienmatrix benutzt, welcher letztlich die ATP-Synthase antreibt und so die Synthese von ATP aus ADP und Pi ermöglicht. Wie viele Moleküle ATP können pro reduziertem O2-Molekül gebildet werden, wenn die Freie Enthalpie für die Synthese von ATP unter den gegebenen Bedingungen 32 kJ/mol beträgt? 3. Heimübung: Gegeben sind die beiden Redoxpaare Cr2O72– / Cr3+ mit E0 = 1,33 V und NO3– / NO E0 = 0,96 V mit Erstellen Sie eine Redoxgleichung für die Oxidation von Cr3+-Ionen mit Nitrat-Ionen und ermitteln Sie die Gleichgewichtskonstante für diese Reaktion bei 25 °C unter Standardbedingungen. (Ergebnis: KR = 2,85×10-38)