Zaujímavý

Elektrochemické výpočty pomocou Nernstovej rovnice

Elektrochemické výpočty pomocou Nernstovej rovnice

Nernstova rovnica sa používa na výpočet napätia elektrochemického článku alebo na zistenie koncentrácie jednej zo zložiek článku.

Nernstova rovnica

Nernstova rovnica súvisí s rovnovážnym bunkovým potenciálom (nazývaným aj Nernstov potenciál) a jeho koncentračným gradientom cez membránu. Elektrický potenciál sa vytvorí, ak existuje koncentračný gradient pre ión cez membránu a ak existujú selektívne iónové kanály, takže ión môže prechádzať cez membránu. Vzťah je ovplyvňovaný teplotou a tým, či je membrána priepustnejšia pre jeden ión oproti iným.

Rovnica môže byť napísaná:

Ebunka = E0bunka - (RT / nF) lnQ

Ebunka = bunkový potenciál za neštandardných podmienok (V)
E0bunka = bunkový potenciál za štandardných podmienok
R = plynová konštanta, ktorá je 8,31 (volt-coulomb) / (mol-K)
T = teplota (K)
n = počet mólov elektrónov vymenených pri elektrochemickej reakcii (mol)
F = Faradayova konštanta, 96500 coulomb / mol
Q = reakčný kvocient, čo je rovnovážna expresia s počiatočnými koncentráciami skôr ako rovnovážne koncentrácie

Niekedy je užitočné vyjadriť Nernstovu rovnicu odlišne:

Ebunka = E0bunka - (2,303 * RT / nF) logQ

pri 298 K, Ebunka = E0bunka - (0,0591 V / n) log Q

Príklad Nernstovej rovnice

Zinková elektróda sa ponorí do kyslého 0,80 M Zn2+ roztok, ktorý je spojený so soľným mostíkom s 1,30 M Ag+ roztok obsahujúci striebornú elektródu. Určte počiatočné napätie článku pri 298 K.

Ak ste si nejaké dôležité zapamätanie nezabudli, budete si musieť prečítať tabuľku štandardných možností zníženia, ktorá vám poskytne nasledujúce informácie:

E0červená: Zn2+aq + 2e- → Zns = -0,76 V

E0červená: Ag+aq + e- → Ags = +0,80 V

Ebunka = E0bunka - (0,0591 V / n) log Q

Q = Zn2+/ Ag+2

Reakcia prebieha spontánne, takže E0 je pozitívny. Jediným spôsobom, ako k tomu dôjsť, je, keď sa Zn oxiduje (+0,76 V) a striebro sa zníži (+0,80 V). Keď si to uvedomíte, môžete napísať vyváženú chemickú rovnicu pre bunkovú reakciu a vypočítať E0:

zns → Zn2+aq + 2e- a E0vôl = +0,76 V

2Ag+aq + 2e- → 2Ags a E0červená = +0,80 V

ktoré sa spolu spoja, čím sa získa:

zns + 2Ag+aq → Zn2+ + 2Ags s E0 = 1,56 V

Teraz použijeme Nernstovu rovnicu:

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 = 1,57 V