Elektrocheminiai skaičiavimai naudojant Nernsto lygtį

Dorling Kindersley / Getty Images

The Nernsto lygtis naudojamas apskaičiuoti įtampa apie elektrocheminis ląstelę arba į rasti koncentraciją vieno iš ląstelės komponentų.

Nernsto lygtis

Nernsto lygtis susieja pusiausvyros ląstelės potencialą (dar vadinamą Nernsto potencialu) su jo koncentracijos gradientu per membraną. Elektrinis potencialas susidarys, jei per membraną bus jonų koncentracijos gradientas ir jei yra selektyvūs jonų kanalai, kad jonas galėtų kirsti membraną. Santykį įtakoja temperatūra ir tai, ar membrana yra pralaidesnė vienam jonui nei kitiems.

Lygtis gali būti parašyta:

IR_ląstelė= E⁰_ląstelė- (RT/nF)lnQ

IR_ląstelė= ląstelės potencialas nestandartinėmis sąlygomis (V)
IR⁰_ląstelė= ląstelės potencialas standartinėmis sąlygomis
R = dujų konstanta, kuri yra 8,31 (voltas-kulonas)/(mol-K)
T = temperatūra (K)
n = elektronų, apsikeitusių elektrocheminėje reakcijoje, molių skaičius (mol)
F = Faradėjaus konstanta, 96500 kulonų/mol
Q = reakcijos koeficientas, kuris yra pusiausvyros išraiška su pradinėmis, o ne pusiausvyros koncentracijomis

Kartais naudinga Nernsto lygtį išreikšti kitaip:

IR_ląstelė= E⁰_ląstelė– (2.303*RT/nF)logQ

298 tūkst., E_ląstelė= E⁰_ląstelė– (0,0591 V/n)log Q

Nernsto lygties pavyzdys

Cinko elektrodas panardinamas į rūgštinį 0,80 M Zn²⁺tirpalas, kuris druskos tilteliu sujungtas su 1,30 M Ag⁺tirpalas su sidabro elektrodu. Nustatykite pradinę elemento įtampą esant 298K.

Nebent rimtai įsiminėte, turėsite peržiūrėti standartinę sumažinimo galimybių lentelę, kurioje bus pateikta ši informacija:

IR⁰_raudona: Zn²⁺_aq+2e^-→ Zn_s= -0,76 V

IR⁰_raudona: At⁺_aq+ ir^-→ Ag_s= +0,80 V

IR_ląstelė= E⁰_ląstelė– (0,0591 V/n)log Q

Q = [Zn²⁺]/[Ag⁺]^du

Reakcija vyksta spontaniškai, todėl E⁰yra teigiamas. Vienintelis būdas tai įvykti, jei Zn oksiduojamas (+0,76 V), o sidabras redukuojamas (+0,80 V). Kai tai suprasite, galite parašyti subalansuotą cheminę ląstelių reakcijos lygtį ir apskaičiuoti E⁰:

Zn_s→ Zn²⁺_aq+2e^-ir E⁰_Jautis= +0,76 V

2Ag⁺_aq+2e^-→ 2Ag_sir E⁰_raudona= +0,80 V

kurios sudedamos, kad gautųsi:

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

Dabar, taikant Nernsto lygtį:

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

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

Q = 0,47

E = 1,56 V – (0,0591 / 2)log(0,47)

E = 1,57 V