Nernst-Gleichung

Was bedeutet die Nernst-Gleichung?

Die Nernst-Gleichung definiert die Beziehung zwischen Zellpotential zu Standardpotential und zu den Aktivitäten der elektrisch aktiven (elektroaktiven) Spezies. Es bezieht die effektiven Konzentrationen (Aktivitäten) der Komponenten einer Zellreaktion auf das Standard-Zellpotential.

Die Gleichung kann verwendet werden, um das Zellpotential zu jedem Zeitpunkt während einer Reaktion unter anderen Bedingungen als dem Standardzustand zu berechnen. In Korrosionsstudien wird die Gleichung zur Analyse von Konzentrationszellen und zur Erstellung von Pourbaix-Diagrammen verwendet.

Faust erklärt Nernst-Gleichung

Die Nernst-Gleichung ist eine mathematische Beschreibung des idealen pH-Elektrodenverhaltens und der korrelierenden chemischen Energie sowie des elektrischen Potentials einer galvanischen Zelle oder Batterie. Sie zeigt den Zusammenhang zwischen dem Potential einer Halb- oder Vollzelle zu einem beliebigen Zeitpunkt und dem Standardelektrodenpotential, Aktivität, Temperatur, Reaktionsquotient der verwendeten Spezies und den Rahmenbedingungen.

Wenn in einer galvanischen Zelle eine Redoxreaktion stattfindet, nimmt die Konzentration der Reaktanden ab, wenn sie verbraucht werden, während die Konzentration der Produkte aufgrund von mehr Produktbildung zunimmt, und das Zellpotential sinkt, bis ein Gleichgewicht erreicht ist und ein Zellpotential von Null erreicht ist.

Während der Reaktion kann mit Hilfe der Nernst-Gleichung das Zellpotential zu beliebigen Zeitpunkten und vom Normzustand abweichenden Bedingungen bestimmt werden.

  • Ecell = E0cell – (RT/nF)lnQ

Wo:

  • Ecell = Zellpotential unter nicht standardmäßigen Bedingungen (V)
    E0cell = Zellpotential unter Standardbedingungen
    R = Gaskonstante, also 8.31 (Volt-Coulomb)/(mol-K)
    T = Temperatur (Kelvin), die im Allgemeinen 298 °K (77 °F/25 °C) beträgt
    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

Die Gleichung kann umgestellt werden, um ln Kc = nFE/RT zu geben, wobei Kc die Gleichgewichtskonstante im Gleichgewichtszustand ist. Das Gleichgewichtspotential ist abhängig von Temperatur und Konzentration der Reaktionspartner.

Die Nernst-Gleichung verwendet in für:

  • Genaue Bestimmung von Gleichgewichtskonstanten
  • Bestimmung von Spannung und Konzentration einer Komponente einer elektrochemischen Zelle
  • Berechnung des von einer Konzentrationszelle entwickelten Potentials (bei Korrosion)
  • Konstruktion des Pourbaix-Diagramms, das das Gleichgewichtspotential zwischen einem Metall und seinen verschiedenen oxidierten Spezies als Funktion des pH-Werts zeigt