Уравнение Нернста — уравнение, связывающее окислительно-восстановительный потенциал системы с активностями веществ, входящих в электрохимическое уравнение, и стандартными электродными потенциалами окислительно-восстановительных пар. Было выведено немецким физико-химиком Вальтером Нернстом[1]. Также оно может выражать равновесный потенциал на мембране клетки.[2]
Вывод уравнения Нернста
правитьНернст изучал поведение электролитов при пропускании электрического тока и открыл закон, устанавливающий зависимость между электродвижущей силой (разностью потенциалов) и ионной концентрацией. Уравнение Нернста позволяет предсказать максимальный рабочий потенциал, который может быть получен в результате электрохимического взаимодействия, когда известны давление и температура. Таким образом, этот закон связывает термодинамику с электрохимической теорией в области решения проблем, касающихся сильно разбавленных растворов.
Для реакции, записанной в сторону восстановления, выражение записывается в виде:
- ,
где:
- — электродный потенциал, — стандартный электродный потенциал, измеряется в вольтах;
- — универсальная газовая постоянная, равная 8,314 Дж/(моль·K);
- — абсолютная температура;
- — постоянная Фарадея, равная 96485,33 Кл·моль−1;
- — число электронов, участвующих в процессе;
- — активности участников полуреакции,
- — их стехиометрические коэффициенты (положительны для продуктов полуреакции (окисленной формы), отрицательны для реагентов (восстановленной формы)).
В простейшем случае полуреакции вида
уравнение сводится к виду
- ,
где и — активности соответственно окисленной и восстановленной форм вещества.
Если в формулу Нернста подставить числовые значения констант и и перейти от натуральных логарифмов к десятичным, то при получим
Связь уравнения Нернста с константой равновесия
правитьРассмотрим следующие реакции:
Для реакции а:
Для реакции b:
При установившемся равновесии окислительные потенциалы обеих систем равны E' = E , или:
откуда:
На основании уравнения:
или:
- ,
следовательно Kox/red равна:
- .
Пример расчёта константы равновесия
правитьРассмотрим вычисление константы равновесия окислительно-восстановительных реакций — Kox/red на примере окислительно-восстановительной реакции:
В ходе реакции протекают две полуреакции — восстановление перманганат-аниона и окисление катиона Fe2+ по уравнениям:
Количество электронов, принимающих участие в полуреакции 5, то есть n = 5; стандартные потенциалы для участников полуреакции:
- .
Находим по уравнению:
- .
Следовательно
- [3].
Литература
править- Корыта И., Дворжак И., Богачкова В. Электрохимия. — пер. с чеш.. — М., 1977.
- Дамаскин Б. Б., Петрий О. А. Основы теоретической электрохимии. — М., 1978.
Примечания
править- ↑ Wahl. A Short History of Electrochemistry (неопр.) // Galvanotechtnik. — 2005. — Т. 96, № 8. — С. 1820—1828.
- ↑ С. Зильбернагль, А. Деспопулос. Наглядная физиология / Ведущий редактор канд. хим. наук Т. И. Почкаева Редакторы канд. биол. наук О. В. Ефременкова, Л. Н Коробкова, Н. В. Штопина. — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013. — С. 38. — 408 с. — ISBN 978-5-94774-385-2.
- ↑ Крешков А.П. Основы аналитической химии. — М.: Химия, 1971. — Т. 2. — С. 222—226. — 456 с. — 80 000 экз.
Для улучшения этой статьи желательно:
|