Calcoli elettrochimici usando l'equazione di Nernst

L'equazione di Nernst viene utilizzata per calcolare la tensione di una cella elettrochimica o per trovare la concentrazione di uno dei componenti della cella.

L'equazione di Nernst

L'equazione di Nernst mette in relazione il potenziale delle cellule 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 di ioni selettivi in ​​modo che lo ione possa attraversare la membrana. La relazione è influenzata dalla temperatura e dal fatto che la membrana sia 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 di 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 anziché 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 viene immerso in un acido 0,80 M Zn²⁺ soluzione che è collegata da un ponte salino a 1,30 M Ag⁺ soluzione contenente un elettrodo d'argento. Determina la tensione iniziale della cella a 298 K..

A meno che tu non abbia effettuato una seria memorizzazione, dovrai consultare la tabella dei potenziali di riduzione standard, che ti fornirà le seguenti informazioni:

E⁰_rosso: Zn²⁺_aq + 2e^- → Zn_S = -0,76 V

E⁰_rosso: Ag⁺_aq + e^- → Ag_S = +0,80 V

E_cellula = E⁰_cellula - (0,0591 V / n) log Q

Q = [Zn²⁺] / [Ag⁺]²

La reazione procede spontaneamente così E⁰ è 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 lo capisci, puoi scrivere l'equazione chimica bilanciata per la reazione cellulare e calcolare E⁰:

Zn_S → Zn²⁺_aq + 2e^- ed E⁰_bue = +0,76 V

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

che vengono sommati per produrre:

Zn_S + 2Ag⁺_aq → Zn²⁺_un' + 2Ag_S con E⁰ = 1,56 V

Ora, applicando l'equazione di Nernst:

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