표준 전위는 무엇이며 Nernst 방정식을 정의하는 것은 무엇입니까?

우선 세포전위의 개념을 이해할 필요가 있다. 준비할 때 셀 갈바닉 또는 배터리 에너지 산화 환원 반응의 생성 움직임 흐름을 허용하는 커플 링의 용량에 따라 도체를 통한 전자의 힘 추진력 이 전기적 크기는 전위차 또는 전압 로 알려져 있습니다 기전력 또는 FEM. 이 EMF는 예를 들어 전압계를 통해 측정할 수 있습니다.

이 전위차가 표준 조건에서 측정되면 표준 전극 전위 또는 \(fe{{m}^{{}^\circ }}\) 또는 \(∆{{E}^{{}^ \circ }}\). 표준 조건은 1기압에서 1mol/L의 순수한 고체 및 액체 및 기체의 농도를 나타냅니다.

절연 전극의 전위를 측정할 수 없기 때문에 두 전극 사이에 전자의 흐름이 필요합니다. 극의 전위는 극 중 하나에 0 값을 할당하고 극의 ∆E를 알면 결정될 수 있습니다. 셀. 이를 위해 전위차는 기준인 표준 수소 전극(SHE)에 대해 측정되며, 여기서 백금 전극(비활성) 그것은 25ºC 및 1 mol/L의 특정 용액에서 1 기압의 분압에서 기체 수소가 기포되는 유리관에 둘러싸여 있습니다. 집중. 일반적으로 언급된 표준 조건에서 이 전극의 전위 값은 0V입니다. 그 이유는 전극에서 H의 산화가 일어나기 때문입니다.₂ (g) 및 H의 감소⁺ 솔루션에서.

다니엘 셀에 적용한 경우를 살펴보겠습니다. 표 값으로 전극의 표준 전위는 다음과 같습니다. Zn(s)의 산화 -0.76V 및 Cu+2의 환원은 0.34V입니다. 그러면 \(∆{{E}^{{}^\circ }}\) 값은 표준 환원 전위와 산화 전위의 차이로 인해 0.34V – (-0.76V) = 1.10V가 됩니다. \(∆{{E}^{{}^\circ }}\) 는 양수이므로 반응은 자발적입니다.

세포의 표준 전위와 그 상수 사이에는 관계가 있습니다. 균형. 우리는 반응의 표준 자유 에너지가 다음과 같다는 것을 알고 있습니다.

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

여기서 n은 산화환원 과정에서 작용하는 전자의 수이고, F는 패러데이 상수(96485 C/mole of electrons) 및 \(∆{{E}^{{}^\circ }}\) 조건에서 셀의 전위차 표준.

마찬가지로 \(∆{{G}^{{}^\circ }}\)는 공정의 평형 상수와 관련이 있습니다.

\(∆{{G}^{{}^\circ }}=-RTlnK\)

두 식을 동일시하면 평형 상수 K와 표준 전위 사이의 관계를 찾을 수 있습니다.

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

이제 표준 조건과 다른 조건에서 산화-환원 반응이 수행된다고 가정하면 이 전위를 다시 계산해야 합니다. 이를 위해 독일 과학자 Nernst는 배터리의 표준 전위를 다양한 조건에서 배터리의 전위와 관련시키는 표현을 개발했습니다.

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

Q는 반응 몫이고 R은 J/mol로 표시됩니다. 케이.

예를 들어 다음과 같이 Nernst 방정식의 다른 또는 단순화된 표현을 찾는 것이 일반적입니다. 온도 298K의 프로세스로 변환하고 로그 10진수 로그에서 자연적인 식의 결과는 다음과 같습니다.

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

셀이 작동하기 시작하고 반응물이 생성되는 생성물을 소비할 때 Q 값은 정의에 따라 \(∆E\)=0이 될 때까지 증가하기 시작한다는 것을 쉽게 식별할 수 있습니다. 이 순간 시스템은 평형 상태이고 Q = Keq입니다.

다니엘 셀에 적용된 네른스트 방정식의 예를 살펴보겠습니다. 표준 전위가 1.1V(앞서 보았듯이)임을 상기하고, 농도를 변화시키면 이제 Cu 용액이 있다고 가정합니다.⁺² 0.3 mol/L 및 Zn⁺² 3 mol/L(1 mol/L 대신). 298K에서의 전지 전위는 다음과 같이 주어집니다.

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