Elektrokemijski izračuni z uporabo Nernstove enačbe

Dorling Kindersley / Getty Images

The Nernstova enačba se uporablja za izračun napetost od elektrokemikal celico ali v poiščite koncentracijo ene od komponent celice.

Nernstova enačba

Nernstova enačba povezuje ravnovesni celični potencial (imenovan tudi Nernstov potencial) z njegovim koncentracijskim gradientom skozi membrano. Električni potencial se bo oblikoval, če obstaja koncentracijski gradient za ion čez membrano in če obstajajo selektivni ionski kanali, tako da lahko ion prečka membrano. Na razmerje vpliva temperatura in ali je membrana bolj prepustna za en ion kot za druge.

Enačbo lahko zapišemo:

IN_celica= E⁰_celica- (RT/nF)lnQ

IN_celica= celični potencial pri nestandardnih pogojih (V)
IN⁰_celica= celični potencial pri standardnih pogojih
R = plinska konstanta, ki je 8,31 (volt-kulon)/(mol-K)
T = temperatura (K)
n = število molov elektronov, izmenjanih v elektrokemijski reakciji (mol)
F = Faradayeva konstanta, 96500 kulonov/mol
Q = reakcijski količnik, ki je ravnotežni izraz z začetnimi koncentracijami in ne ravnotežnimi koncentracijami

Včasih je koristno izraziti Nernstovo enačbo drugače:

IN_celica= E⁰_celica- (2,303*RT/nF)logQ

pri 298K, E_celica= E⁰_celica- (0,0591 V/n) log Q

Primer Nernstove enačbe

Cinkova elektroda je potopljena v kisli 0,80 M Zn²⁺raztopina, ki je s solnim mostom povezana z 1,30 M Ag⁺raztopina, ki vsebuje srebrno elektrodo. Določite začetno napetost celice pri 298K.

Razen če ste se resno naučili na pamet, si boste morali ogledati standardno tabelo potenciala zmanjšanja, ki vam bo dala naslednje informacije:

IN⁰_rdeča: Zn²⁺_aq+2e^-→ Zn_s= -0,76 V

IN⁰_rdeča: Pri⁺_aq+ in^-→ Ag_s= +0,80 V

IN_celica= E⁰_celica- (0,0591 V/n) log Q

Q = [Zn²⁺]/[Ag⁺]^dva

Reakcija poteka spontano, zato E⁰je pozitiven. Edini način, da se to zgodi, je, če Zn oksidiramo (+0,76 V) in srebro reduciramo (+0,80 V). Ko to spoznate, lahko napišete uravnoteženo kemijsko enačbo za celično reakcijo in izračunate E⁰:

Zn_s→ Zn²⁺_aq+2e^-in E⁰_vol= +0,76 V

2Ag⁺_aq+2e^-→ 2Ag_sin E⁰_rdeča= +0,80 V

ki se seštejejo, da dobimo:

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

Zdaj pa uporabimo Nernstovo enačbo:

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

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

Q = 0,47

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

E = 1,57 V