標準ポテンシャルとは何ですか? ネルンスト方程式を定義するものは何ですか?

まず、細胞電位の概念を理解する必要があります。 を準備するとき 細胞 ガルバニックまたはバッテリー エネルギー 酸化還元反応の 動き によると、その流れを可能にするカップリングの容量に応じて、導体を通る電子の 力 原動力 この電気的大きさは、電位差または 電圧 そしてとして知られています 起電力 またはFEM。 この EMF は、たとえば電圧計で測定できます。

この電位差を標準条件下で測定すると、標準電極電位または \(fe{{m}^{{}^\circ }}\) または \(Δ{{E}^{{}^ \circ }}\)。 標準条件とは、1 mol/L の純粋な固体と液体、および 1 気圧の気体の濃度を指します。

孤立した電極の電位を測定することはできないため、2 つの電極間の電子の流れが必要です。 電極の電位は、それらの 1 つにゼロ値を割り当て、電極の ΔE を知ることによって決定できます。 細胞。 これを行うには、基準である標準水素電極 (SHE) に対して電位差を測定します。ここで、プラチナ電極 (不活性) 25℃、1mol/L 集中。 慣例により、上記の標準条件下でのこの電極の電位値は 0 V です。これは、H の酸化が電極内で発生するためです。₂ (g) および H の減少⁺ 溶液中。

ダニエルセルに適用されたケースを見てみましょう。表の値によると、電極の標準電位は、Zn (s) の酸化では -0.76 V、Cu+2 の還元では 0.34 V です。 次に、\(Δ{{E}^{{}^\circ }}\) の値は、標準の還元電位と酸化電位の差から得られます: 0.34 V – (-0.76 V) = 1.10 V. \(Δ{{E}^{{}^\circ }}\) は正なので、反応は自発的です。

セルの標準電位とその定数の間には関係があります。 バランス. 標準的な反応の自由エネルギーは次のとおりです。

\(∆{{G}^{{}^\circ }}=-nF∆{{E}^{{}^\circ }}\)

ここで、n は酸化還元プロセスで関与する電子の数、F はファラデー定数 (96485 C/電子のモル) および \(Δ{{E}^{{}^\circ }}\) 条件下でのセルの電位差 規格。

同様に、\(Δ{{G}^{{}^\circ }}\) は、プロセスの平衡定数に関連しています。

\(Δ{{G}^{{}^\circ }}=-RTlnK\)

両方の式を等しくすることにより、平衡定数 K と標準電位の関係を見つけることができます。

\(lnK=\frac{n~F~Δ{{E}^{{}^\circ }}~}{R~T}\)

ここで、酸化還元反応が標準的な条件とは異なる条件で行われると仮定すると、この電位を再計算する必要があります。 これを行うために、ドイツの科学者ネルンストは、バッテリーの標準電位をさまざまな条件下での電位に関連付ける式を開発しました。

\(ΔE=Δ{{E}^{{}^\circ }}-\frac{R~T~}{n~F}\ln Q\)

Q は反応商であり、R は J/mol で表されます。 K.

ネルンスト方程式の異なる、または簡略化された式を見つけることは一般的です。 温度 298 K をプロセスに変換し、 対数 10 進対数で自然に計算すると、式は次のようになります。

\(ΔE=Δ{{E}^{{}^\circ }}-\frac{0.05916~V~}{n~}\log Q\)

セルが機能し始め、反応物が消費されて生成物が生成されると、その定義に従って Q の値が増加し始め、\(ΔE\)=0 になることは容易に識別できます。 この時点で、システムは平衡状態にあり、Q = Keq です。

ダニエル セルに適用されるネルンストの式の例を見てみましょう。 標準電位が 1.1 V だったことを思い出して (前に見たように)、濃度を変えると、Cu の溶液があるとします。⁺² 0.3mol/LとZnの⁺² 3 mol/L (1 mol/L ではなく)。 298 K でのセル電位は次のようになります。

\(ΔE=1.1~V-\frac{0.05916~V~}{2}\log \left( \frac{3}{0.3} \right)=1.07~V\)