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. Также оно может выражать равновесный потенциал на мембране клетки.

Вывод уравнения Нернста Нернст 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 Рассмотрим 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 Рассмотрим вычисление константы равновесия окислительно-восстановительных реакций — на примере окислительно-восстановительной реакции:

MnO4- +8H+ + 5Fe^{2+} <=> Mn^2+ + 5Fe^3+ + 4H2O

В ходе реакции протекают две полуреакции — восстановление перманганат-аниона и окисление катиона Fe2+ по уравнениям:

MnO4- + 8H+ + 5e- <=> Mn^2+ + 4H2O

Fe^2+ -\,e^- <=> Fe^3+

Количество электронов, принимающих участие в полуреакции 5, то есть n = 5; стандартные потенциалы для участников полуреакции:

.

Находим по уравнению:

.

Следовательно

.

Литература

Примечания

Категория:Электрохимия Категория:Химические законы и уравнения Нернста