Calcoli elettrochimici utilizzando l'equazione di Nernst

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Il Equazione di Nernst serve per calcolare la tensione di un elettrochimico cellula o a trova la concentrazione di uno dei componenti della cellula.

L'equazione di Nernst

L'equazione di Nernst mette in relazione il potenziale cellulare di equilibrio (chiamato anche potenziale di Nernst) con il suo gradiente di concentrazione attraverso una membrana. Si formerà un potenziale elettrico se esiste un gradiente di concentrazione per lo ione attraverso la membrana e se esistono canali ionici selettivi in ​​modo che lo ione possa attraversare la membrana. La relazione è influenzata dalla temperatura e se la membrana è più permeabile a uno ione rispetto ad altri.

L'equazione può essere scritta:

E_cellula= e⁰_cellula- (RT/nF)lnQ

E_cellula= potenziale cellulare in condizioni non standard (V)
E⁰_cellula= potenziale cellulare in condizioni standard
R = costante del gas, che è 8,31 (volt-coulomb)/(mol-K)
T = temperatura (K)
n = numero di moli di elettroni scambiati nella reazione elettrochimica (mol)
F = costante di Faraday, 96500 coulomb/mol
Q = quoziente di reazione, che è l'espressione di equilibrio con concentrazioni iniziali piuttosto che concentrazioni di equilibrio

A volte è utile esprimere l'equazione di Nernst in modo diverso:

E_cellula= e⁰_cellula- (2.303*RT/nF)logQ

a 298K, E_cellula= e⁰_cellula- (0,0591 V/n)log Q

Esempio di equazione di Nernst

Un elettrodo di zinco è immerso in uno Zn acido 0,80 M²⁺soluzione che è collegata da un ponte salino ad un Ag 1,30 M⁺soluzione contenente un elettrodo d'argento. Determinare la tensione iniziale della cella a 298K.

A meno che tu non abbia fatto una seria memorizzazione, dovrai consultare la tabella del potenziale di riduzione standard, che ti darà le seguenti informazioni:

E⁰_rosso: Zn²⁺_aq+2e^-→ Zn_S= -0,76 V

E⁰_rosso: In⁺_aq+ e^-→ Ag_S= +0,80 V

E_cellula= e⁰_cellula- (0,0591 V/n)log Q

Q = [Zn²⁺]/[Agg⁺]^Due

La reazione procede spontaneamente quindi E⁰è positivo. L'unico modo per farlo è se Zn è ossidato (+0,76 V) e l'argento è ridotto (+0,80 V). Una volta che te ne rendi conto, puoi scrivere l'equazione chimica bilanciata per la reazione cellulare e puoi calcolare E⁰:

Zn_S→ Zn²⁺_aq+2e^-ed E⁰_bue= +0,76 V

2 Ag⁺_aq+2e^-→ 2Ag_Sed E⁰_rosso= +0,80 V

che si sommano per ottenere:

Zn_S+ 2 Ag⁺_aq→ Zn²⁺_un+ 2 Ag_Scon E⁰= 1,56 V

Ora, applicando l'equazione di Nernst:

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

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

Q = 0,47

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

E = 1,57 V