ネルンストの式を使用した電気化学計算

ドーリング・キンダースリー/ゲッティイメージズ

の ネルンスト方程式 計算に使用されます 電圧 の 電気化学 セルまたはへ 濃度を見つける 細胞の成分の一つ。

ネルンストの式

ネルンストの式は、平衡細胞電位 (ネルンスト電位とも呼ばれます) を膜全体の濃度勾配に関連付けます。膜を横切るイオンの濃度勾配が存在し、イオンが膜を横切ることができるように選択的イオンチャネルが存在する場合、電位が形成されます。この関係は、温度と、メンブレンが他のイオンよりも 1 つのイオンに対して透過性が高いかどうかによって影響を受けます。

式は次のように記述できます。

と_細胞= E⁰_細胞- (RT/nF)lnQ

と_細胞= 非標準条件下でのセル電位 (V)
と⁰_細胞= 標準条件下での細胞電位
R = 気体定数、8.31 (ボルトクーロン)/(mol-K)
T = 温度 (K)
n = 電気化学反応で交換される電子のモル数 (mol)
F = ファラデー定数、96500 クーロン/mol
Q = 反応商、平衡濃度ではなく初期濃度での平衡式

ネルンスト方程式を別の方法で表現すると役立つ場合があります。

と_細胞= E⁰_細胞- (2.303*RT/nF)logQ

298K、E_細胞= E⁰_細胞- (0.0591 V/n)log Q

ネルンスト方程式の例

亜鉛電極は、酸性の 0.80 M Zn に沈められています。²⁺塩橋によって 1.30 M Ag に接続されている溶液⁺銀電極を含む溶液。 298K でのセルの初期電圧を決定します。

かなりの暗記を行っていない限り、次の情報を提供する標準的な削減可能性の表を参照する必要があります。

と⁰_赤：亜鉛²⁺_aq+2e^-→亜鉛_s= -0.76 V

と⁰_赤： で⁺_aq+ と^-→銀_s= +0.80 V

と_細胞= E⁰_細胞- (0.0591 V/n)log Q

Q = [Zn²⁺]/[Ag⁺]²

反応は自発的に進行するので、E⁰ポジティブです。これが起こる唯一の方法は、Zn が酸化され (+0.76 V)、銀が還元される (+0.80 V) 場合です。それがわかれば、細胞反応のバランスのとれた化学式を書き、E を計算できます。⁰:

亜鉛_s→亜鉛²⁺_aq+2e^-とE⁰_牛= +0.76 V

2Ag⁺_aq+2e^-→2Ag_sとE⁰_赤= +0.80 V

これらを合計すると、次のようになります。

亜鉛_s+ 2Ag⁺_aq→亜鉛²⁺_a+ 2Ag_sEで⁰= 1.56V

ここで、ネルンストの式を適用します。

Q = (0.80)/(1.30)²

Q = (0.80)/(1.69)

Q = 0.47

E = 1.56 V - (0.0591 / 2)log(0.47)

E=1.57V