Quelltext der Seite Frost-Diagramm – chemie-schule.de

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[[Datei:Nitrogen frost diagramm.png|thumb|Frost-Diagramm von [[Stickstoff]]]]

'''Frost-Diagramme''' (auch: ''Frostdiagramme'') sind eine grafische Darstellung von [[Reduktionspotential]]en von [[Halbreaktion]]en – jeweils für die verschiedenen [[Oxidationszahl|Oxidationsstufen]] eines Elements. Sie wurden von Arthur A. Frost im Jahre 1950 als Alternative zu [[Latimer-Diagramm|Latimer-Diagrammen]] eingeführt<ref> {{cite journal |author=Arthur A. Frost |year= 1951|title= Oxidation Potential-Free Energy Diagrams |journal= JACS |volume= 73|issue= 6 |pages= 2680–2682 |doi= 10.1021/ja01150a074}}</ref>. Es wird ein [[kartesisches Koordinatensystem]] verwendet, wobei auf der [[Abszisse]] die Oxidationszahl steht und auf der [[Ordinate]] üblicherweise <math>n \cdot E</math>-Werte der Halbreaktion einer Oxidationsstufe zur Oxidationsstufe 0 (z.&nbsp;B.: <math>\!\ V^{2 +} / V^{0}</math>).
Der Wert <math>n \cdot E</math> ist direkt proportional zur [[Gibbs-Energie|freien Enthalpie]] <math>G</math> nach:

: <math>G = - n \cdot F \cdot E\, ,</math>

: wobei ''n'' die Zahl der übertragenen Elektronen und <math>F</math> die [[Faraday-Konstante]] <math>= 96,5\, \mathrm{kJ} / (\mathrm{V} \cdot \mathrm{mol})</math> sind.

Es finden sich auch Frost-Diagramme bei welchen freie Enthalpien <math>G</math> statt dem <math>n \cdot E</math>-Wert aufgetragen sind. Die Potentialdaten können sich auf Standardbedingungen (<math>25\,^{\circ}\mathrm{C}\, ,</math> <math>\mathrm{pH} = 0\, ,</math> <math>\!\ c = 1 \mathrm{mol}/\mathrm{l}</math>) beziehen oder auf beliebige andere angegebene Bedingungen (z.&nbsp;B.: <math>\!\ pH = 14</math>).

== Erstellen ==

[[Datei:Frostdiagramm vanadium.png|thumb|Frost-Diagramm von [[Vanadium]]]]

Diagramm für Vanadium in saurer Lösung (<math>pH = 0</math>):

1) Es werden die [[Standardpotential|Standard-Potentiale]] von den relevanten Redox-Gleichgewichten aus einem Tabellenwerk entnommen:

: <math>VO_{2}^{+} + 2 H^{+} + e^{-} \rightarrow VO^{2 +} + H_{2}O \quad \text{mit} \quad E^{0} = + 1{,}00\, \mathrm{V}\, ,</math>

: <math>VO^{2 +} + 2 H^{+} + e^{-} \rightarrow V^{3 +} + H_{2}O \quad \text{mit} \quad E^{0} = + 0{,}34\, \mathrm{V}\, ,</math>

: <math>V^{3 +} + e^{-} \rightarrow V^{2 +} \quad \text{mit} \quad E^{0} = - 0{,}26\, \mathrm{V}\, ,</math>

: <math>V^{2 +} + 2 e^{-} \rightarrow V^{0} \quad \text{mit} \quad E^{0} = - 1{,}13\, \mathrm{V}\, .</math>

2) Daraus werden die ''n''·''E''-Werte ermittelt:

: <math>n \cdot E (V / V) = 0,00\, \mathrm{V}\, ,</math>
: <math>n \cdot E (V^{2 +} / V) = 2 \cdot (- 1,13\, \mathrm{V}) = - 2,26\, \mathrm{V}\, ,</math>
: <math>n \cdot E (V^{3 +} / V) = (- 0,26\, \mathrm{V}) + (- 2,26\, \mathrm{V}) = - 2,52\, \mathrm{V}\, ,</math>
: <math>n \cdot E (VO^{2 +} / V) = 0,34\, \mathrm{V} + (- 2,52\, \mathrm{V}) = - 2,18\, \mathrm{V}\, ,</math>
: <math>n \cdot E (VO_{2}^{+} / V) = 1,06\, \mathrm{V} + (- 2,18\, \mathrm{V}) = - 1,12\, \mathrm{V}\, .</math>

3) Die Werte werden in ein Koordinatensystem eingetragen.

== Interpretation ==

Aus dem Diagramm lassen sich Informationen über spezielle [[Redoxreaktion|Redox-Vorgänge]] gewinnen, sobald eine Oxidationsstufe auf einem [[Extremwert]] liegt. Befindet sich eine Verbindung im Frost-Diagramm auf einem Maximum, ist der Zerfall in die beiden Stufen links und rechts davon ([[Disproportionierung]]) sehr wahrscheinlich. Liegt eine Verbindung jedoch auf einem Minimum, ist die Reaktion von den beiden benachbarten Verbindungen zu ebendieser Oxidationsstufe ([[Komproportionierung|Komproportionierung]]) sehr wahrscheinlich. <br />
Eine Disproportionierung liegt vor, wenn [[Dithionate|Dithionat]] zu [[Sulfat]] und [[Sulfit]] (bzw. [[Schwefeltrioxid]] und [[Schwefeldioxid]] in [[wässrige Lösung|wässriger Lösung]]) reagiert. Beispielhaft für eine Komproportionierung ist die Reaktion von <math>\!\ V^{2 +}</math> und <math>\!\ VO^{2 +}</math> zu <math>\!\ V^{3 +}</math> (siehe Beispieldiagramm).

== Quellen ==
<references />

== Weblinks ==
* [http://www.cup.uni-muenchen.de/ac/kluefers/homepage/L_kc.html ''11.2. Hilfsmittel zur Darstellung von Redox-Gleichgewichten: Frost-Diagramme''], [[Ludwig-Maximilians-Universität München|LMU]]
* [http://ruby.chemie.uni-freiburg.de/Vorlesung/nichtmetalle_6_5.html ''6.5.1. Sauerstoffsäuren des Stickstoffs'' – ''Abbildung 6.5.1.: Frostdiagramm der N-O-Spezies''] ([http://ruby.chemie.uni-freiburg.de/Vorlesung/SVG/Nichtmetalle/potentiale_no.svg SVG-Datei]), [[Albert-Ludwigs-Universität Freiburg]]
* [http://books.google.de/books?id=3sy4ZAP4EGAC&pg=PA228&lpg=PA228&dq=forst+ebsworth+diagramm&source=bl&ots=DgjTJOdLTx&sig=9tWnRUXT0ubphtENr46kM2ttTzs&hl=de&ei=wBeMSsz7B5Ls-AbHia3aDw&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=1#v=snippet&q=frost%20ebsworth&f=false '''''Hilfe zur Interpretation eines Frost-Diagramm''' ''Inorganic Chemistry ''Katherine E. Housecroft''S.228']
[[Kategorie:Elektrochemie]]
[[Kategorie:Diagramm]]

[[en:Frost diagram]]
[[fr:Diagramme de Frost]]
[[it:Diagramma di Frost]]
[[pl:Diagram Frosta]]