Elektrochemische Berechnungen mit der Nernst-Gleichung

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Das Nernst-Gleichung wird zum Rechnen verwendet die Spannung von eine elektrochemische Zelle oder zu Konzentration finden eines der Bestandteile der Zelle.

Die Nernst-Gleichung

Die Nernst-Gleichung setzt das Gleichgewichtszellpotential (auch Nernst-Potential genannt) mit seinem Konzentrationsgradienten über eine Membran in Beziehung. Ein elektrisches Potential bildet sich aus, wenn es einen Konzentrationsgradienten für das Ion über die Membran gibt 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 durchlässiger ist als für andere.

Die Gleichung kann geschrieben werden:

UND_Zelle= E⁰_Zelle- (RT/nF)lnQ

UND_Zelle= Zellpotential unter Nichtstandardbedingungen (V)
UND⁰_Zelle= Zellpotential unter Standardbedingungen
R = Gaskonstante, also 8,31 (Volt-Coulomb)/(mol-K)
T = Temperatur (K)
n = Molzahl der bei der elektrochemischen Reaktion ausgetauschten Elektronen (mol)
F = Faraday-Konstante, 96500 Coulomb/Mol
Q = Reaktionsquotient, das ist der Gleichgewichtsausdruck mit Anfangskonzentrationen anstelle von Gleichgewichtskonzentrationen

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

UND_Zelle= E⁰_Zelle- (2,303*RT/nF)logQ

bei 298K, E_Zelle= E⁰_Zelle- (0,0591 V/n)log Q

Beispiel für die Nernst-Gleichung

Eine Zinkelektrode wird in saures 0,80 M Zn getaucht²⁺Lösung, die über eine Salzbrücke mit einer 1,30 M Ag verbunden ist⁺Lösung mit einer Silberelektrode. Bestimmen Sie die Anfangsspannung der Zelle bei 298K.

Wenn Sie nicht ernsthaft auswendig gelernt haben, müssen Sie die Standard-Reduktionspotentialtabelle konsultieren, die Ihnen die folgenden Informationen liefert:

UND⁰_rot: Zn²⁺_aq+2e^-→ Zn_s= -0,76 V

UND⁰_rot: Bei⁺_aq+ und^-→ Ag_s= +0,80 V

UND_Zelle= E⁰_Zelle- (0,0591 V/n)log Q

Q = [Zn²⁺]/[Ag⁺]^zwei

Die Reaktion verläuft spontan, sodass E⁰ist positiv. Dies geschieht nur, wenn Zn oxidiert (+0,76 V) und Silber reduziert wird (+0,80 V). Sobald Sie das erkannt haben, können Sie die ausgewogene chemische Gleichung für die Zellreaktion schreiben und E berechnen⁰:

Zn_s→ Zn²⁺_aq+2e^-und E⁰_Ochse= +0,76 V

2 Ag⁺_aq+2e^-→ 2 Ag_sund E⁰_rot= +0,80 V

die sich addieren ergeben:

Zn_s+ 2 Ag⁺_aq→ Zn²⁺_a+ 2 Ag_smit e⁰= 1,56 V

Wenden Sie nun die Nernst-Gleichung an:

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

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

Q = 0,47

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

E = 1,57 V