Wissenschaft

Elektrochemische Berechnungen unter Verwendung der Nernst-Gleichung

Die Nernst – Gleichung wird verwendet , um zu berechnen , die Spannung von einer elektrochemischen Zelle oder die Konzentration findet von einem der Komponenten der Zelle.

 

Die Nernst-Gleichung

Die Nernst-Gleichung bezieht das Gleichgewichtszellpotential (auch als Nernst-Potential bezeichnet) auf seinen Konzentrationsgradienten über eine Membran. Ein elektrisches Potential entsteht, wenn ein Konzentrationsgradient für das Ion über der Membran vorliegt und wenn selektive Ionenkanäle vorhanden sind, so dass das Ion die Membran passieren kann. Die Beziehung wird von der Temperatur beeinflusst und davon, ob die Membran für ein Ion gegenüber anderen durchlässiger ist.

Die Gleichung kann geschrieben werden:

E Zelle=E 0 Zelle – (RT / nF) LNQ

E- Zelle=Zellpotential unter nicht standardmäßigen Bedingungen (V)
E 0 Zelle=Zellpotential unter Standardbedingungen
R=Gaskonstante, die 8,31 (Volt-Coulomb) / (Mol-K)
T=Temperatur (K)
n=Molzahl beträgt der in der elektrochemischen Reaktion ausgetauschten Elektronen (mol)
F=Faradaysche Konstante, 96500 Coulomb / mol
Q=Reaktionsquotient, der der Gleichgewichtsausdruck mit Anfangskonzentrationen anstelle von Gleichgewichtskonzentrationen ist

Manchmal ist es hilfreich, die Nernst-Gleichung anders auszudrücken:

E Zelle=E 0 Zelle – (2.303 * RT / nF) logq

bei 298 K, E Zelle=E 0 – Zelle – (0,0591 V / n) log Q

 

Nernst-Gleichungsbeispiel

Eine Zinkelektrode wird in eine saure 0,80 M Zn 2+ -Lösung getaucht, die über eine Salzbrücke mit einer 1,30 M Ag + -Lösung verbunden ist, die eine Silberelektrode enthält. Bestimmen Sie die Anfangsspannung der Zelle bei 298K.

Sofern Sie nicht ernsthaft auswendig gelernt haben, müssen Sie die Standardtabelle für das Reduktionspotential konsultieren, die Ihnen die folgenden Informationen enthält:

E 0 rot : Zn 2+ aq + 2e → Zn s=-0,76 V.

E 0 rot : Ag + aq + e → Ag s=+0,80 V.

E Zelle=E 0 – Zelle – (0,0591 V / n) log Q

Q=[Zn 2+ ] / [Ag + ] 2

Die Reaktion verläuft spontan, so dass E 0 positiv ist. Dies kann nur geschehen, wenn Zn oxidiert (+0,76 V) und Silber reduziert (+0,80 V) wird. Sobald Sie dies erkannt haben, können Sie die ausgeglichene chemische Gleichung für die Zellreaktion schreiben und E 0 berechnen :

Zn s → Zn 2+ aq + 2e und E 0 ox=+0,76 V.

2Ag + aq + 2e → 2Ag s und E 0 rot=+0,80 V.

die zusammen addiert werden, um zu ergeben:

Zn s + 2Ag + aq → Zn 2+ a + 2Ag s mit E 0=1,56 V.

Wenden wir nun die Nernst-Gleichung an:

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.

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