Obliczenia elektrochemiczne przy użyciu równania Nernsta

Dorling Kindersley / Getty Images

The Równanie Nernsta służy do obliczania napięcie z elektrochemiczny komórka lub do znajdź koncentrację jednego ze składników komórki.

Równanie Nernsta

Równanie Nernsta wiąże potencjał równowagi komórki (zwany również potencjałem Nernsta) z gradientem stężenia w błonie. Potencjał elektryczny powstanie, jeśli przez błonę wystąpi gradient stężenia jonu i jeśli istnieją selektywne kanały jonowe, dzięki którym jon może przejść przez błonę. Na zależność ma wpływ temperatura i to, czy membrana jest bardziej przepuszczalna dla jednego jonu niż dla innych.

Równanie można zapisać:

ORAZ_komórka= E⁰_komórka- (RT/nF)lnQ

ORAZ_komórka= potencjał ogniwa w niestandardowych warunkach (V)
ORAZ⁰_komórka= potencjał komórki w standardowych warunkach
R = stała gazowa, która wynosi 8,31 (wolt-kulomb)/(mol-K)
T = temperatura (K)
n = liczba moli elektronów wymienianych w reakcji elektrochemicznej (mol)
F = stała Faradaya, 96500 kulombów/mol
Q = iloraz reakcji, który jest wyrażeniem równowagi ze stężeniami początkowymi, a nie stężeniami równowagowymi

Czasami warto inaczej wyrazić równanie Nernsta:

ORAZ_komórka= E⁰_komórka- (2,303*RT/nF)logQ

w 298K, E_komórka= E⁰_komórka- (0,0591 V/n)log Q

Przykład równania Nernsta

Elektroda cynkowa jest zanurzona w kwaśnym 0,80 M Zn²⁺roztwór, który jest połączony mostem solnym z 1,30 M Ag⁺roztwór zawierający srebrną elektrodę. Określ początkowe napięcie ogniwa przy 298K.

Jeśli nie dokonałeś poważnego zapamiętywania, musisz zapoznać się ze standardową tabelą potencjału redukcji, która zawiera następujące informacje:

ORAZ⁰_czerwony: Zn²⁺_aq+2e^-→ Zn_s= -0,76 V

ORAZ⁰_czerwony: Na⁺_aq+ i^-→ Ag_s= +0,80 V

ORAZ_komórka= E⁰_komórka- (0,0591 V/n)log Q

Q = [Zn²⁺]/[Ag⁺]^dwa

Reakcja przebiega spontanicznie, więc E⁰jest pozytywny. Jedynym sposobem, aby to się stało, jest utlenienie Zn (+0,76 V) i redukcja srebra (+0,80 V). Kiedy już to zrozumiesz, możesz napisać zrównoważone równanie chemiczne reakcji komórkowej i obliczyć E⁰:

Zn_s→ Zn²⁺_aq+2e^-i E⁰_wół= +0,76 V

2Ag⁺_aq+2e^-→ 2Ag_si E⁰_czerwony= +0,80 V

które są dodawane razem w celu uzyskania:

Zn_s+ 2 Ag⁺_aq→ Zn²⁺_a+ 2 Ag_sz E⁰= 1,56 V

Teraz stosując równanie Nernsta:

Q = (0,80)/(1,30)^dwa

Q = (0,80)/(1,69)

Q = 0,47

E = 1,56 V - (0,0591 / 2)log (0,47)

E = 1,57 V