Diagram Frosta

Diagram Frosta, diagram Frosta-Ebswortha – wykres stosowany w elektrochemii, na podstawie którego można ocenić trwałość termodynamiczną danego pierwiastka na różnych stopniach utlenienia. Jest to zmodyfikowana, dwuwymiarowa wersja diagramu Latimera.

Diagram Forsta przedstawia zależność ilorazu entalpii swobodnej i stałej Faradaya w funkcji stopnia utlenienia pierwiastka. Podobnie jak w przypadku diagramów Latimera, ważnym czynnikiem jest pH, w jakim bada się dany pierwiastek. Do skonstruowania diagramu Frosta potrzebna jest znajomość potencjałów standardowych. Na przykład w przypadku manganu zachodzą następujące reakcja redoks (sumaryczne):

MnO−
4 + ½H
2 ⇄ MnO2−
4 + H+

MnO2−
4 + H
2 + 2H+
⇄ MnO
2 + H
2O

MnO
2 + ½H
2 + 3H+
⇄ Mn3+
+ 2H
2O

Mn3+
+ ½H
2 ⇄ Mn2+
+ H+

Mn2+
+ H
2 ⇄ Mn + 2H+

Znając wartość potencjałów standardowych, można wyliczyć siłę elektromotoryczną z różnicy pomiędzy potencjałami układów manganowych a potencjałem elektrody odniesienia. Z tak otrzymanych wyników można obliczyć zmianę entalpii swobodnej, korzystając ze wzoru:

${\displaystyle \Delta G^{0}=-nFE,}$

gdzie:

${\displaystyle n}$ – liczba elektronów,

${\displaystyle F}$ – stała Faradaya,

${\displaystyle E}$ – potencjał standardowy.

Z tak otrzymanych danych można sporządzić skalę do diagramu Frosta, odkładając na osi Y wartości entalpii swobodnej wyrażonej w kJ/mol.

Jednak znacznie wygodniejszą i bardziej przydatną skalą jest skala zawierająca iloczyn potencjałów redoks i stopnia utlenienia. Korzystając z diagramu Latimera, można obliczyć potencjał redoks, który jest potencjałem jonu względem potencjału wolnego atomu. Wyznacza się go jako średnią ważoną. Następnie wartość otrzymanego potencjału mnoży się przez stopień utlenienia i stąd otrzymuje się wartość N×E, wyrażoną w woltach.

Diagramy Frosta mogą służyć ocenie trwałości termodynamicznej form danego pierwiastka (w nawiasach podano przykłady z diagramu dla manganu w pH = 0):

• Forma danego pierwiastka, która leży najniżej na wykresie jest najbardziej trwałą (Mn2+
  ), natomiast forma położona najwyżej jest uznawana za najmniej trwałą i uchodzi za najlepszy utleniacz (MnO−
  4).
• Jeśli entalpia swobodna dla danego układu ma wartość ujemną, wówczas przemiana taka zachodzi samorzutnie (Mn → Mn2+
  w pH = 0).
• Jeśli dana forma leży powyżej linii łączącej dwie sąsiednie formy, należy spodziewać się reakcji dysproporcjonowania (MnO2−
  4). Natomiast w odwrotnej sytuacji, jeśli dana forma leży poniżej linii łączącej dwie sąsiadujące formy, może zachodzić reakcja komproporcjonowania (MnO
  2).

• wykres Pourbaix

• Adam Bielański: Podstawy chemii nieorganicznej. Wyd. 5. T. 1. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 2005, s. 387–394. ISBN 83-01-13815-7.
• Przemysław Kita, Anna Katafias: Ćwiczenia laboratoryjne z chemii nieorganicznej i koordynacyjnej. Toruń: UMK, 2008, s. 31–33. ISBN 978-83-231-2190-9.
• Diagrams used in redox chemistry , Western Oregon University   (ang.).