Шта је стандардни потенцијал и шта дефинише Нернстову једначину?

Стандардни потенцијал електроде је дефинисан као напон под стандардним условима полућелије или полућелије, узимајући водоничну електроду као референтну електроду. У међувремену, Нернстова једначина је она која омогућава израчунавање потенцијалне варијације када вредности концентрације и притиска одступају од стандардних вредности.

Цитат (АПА)

Цандела Роцио Барбисан | авг. 2022
Хемијски инжењер

Пре свега, потребно је разумети појам ћелијског потенцијала. Приликом припреме а ћелија галвански или батеријски Енергија редокс реакције производи кретање електрона кроз проводник у зависности од капацитета спојница да омогуће тај проток, према снагу покретачка снага Ова електрична величина се мери кроз разлику потенцијала или Волтажа и познат је као електромоторна сила или ФЕМ. Овај ЕМФ се може мерити, на пример, волтметром.

Када се ова разлика потенцијала мери под стандардним условима, позната је као стандардни потенцијал електроде или \(фе{{м}^{{}^\цирц }}\) или \(∆{{Е}^{{}^ \цирц }}\). Стандардни услови се односе на концентрације чистих чврстих материја и течности од 1 мол/Л и гасова при притиску од 1 атм.

Пошто није могуће измерити потенцијал изоловане електроде, потребан је проток електрона између две електроде. полова, потенцијал електроде се може одредити тако што се једном од њих додељује нулта вредност и зна се ∆Е од ћелија. Да би се то урадило, разлика потенцијала се мери у односу на референтну, стандардну водоничну електроду (СХЕ), где је платинска електрода (инертна) Затворен је у стаклену цев у којој се гасовити водоник мехуриће под парцијалним притиском од 1 атм, у одређеном раствору на 25ºЦ и 1 мол/Л концентрација. По договору, вредност потенцијала ове електроде под наведеним стандардним условима је 0 В, пошто у њој долази до оксидације Х.₂ (г) и смањење Х⁺ у раствору.

Погледајмо случај примењен на Даниеллову ћелију, где су по табеларисаним вредностима стандардни потенцијали електрода: за оксидацију Зн(с) -0,76 В и за редукцију Цу+2, 0,34 В. Затим, вредност \(∆{{Е}^{{}^\цирц }}\) произилази из разлике између стандардног редукционог и оксидационог потенцијала која је: 0,34 В – (-0,76 В) = 1,10 В. Пошто је \(∆{{Е}^{{}^\цирц }}\) позитиван, реакција је спонтана.

Постоји веза између стандардног потенцијала ћелије и њене константе. Баланс. Знамо да је стандардна слободна енергија реакције:

\(∆{{Г}^{{}^\цирц }}=-нФ∆{{Е}^{{}^\цирц }}\)

Где је н број електрона који долазе у игру у редокс процесу, Ф је Фарадејева константа (96485 Ц/мол електрона) и \(∆{{Е}^{{}^\цирц }}\) разлика потенцијала ћелије под условима стандарди.

Слично, \(∆{{Г}^{{}^\цирц }}\) је повезан са константом равнотеже процеса:

\(∆{{Г}^{{}^\цирц }}=-РТлнК\)

Изједначавањем оба израза може се наћи однос између константе равнотеже К и стандардног потенцијала:

\(лнК=\фрац{н~Ф~∆{{Е}^{{}^\цирц }}~}{Р~Т}\)

Сада, под претпоставком да се реакција оксидације-редукције одвија у условима другачијим од стандардних, овај потенцијал се мора поново израчунати. Да би то урадио, немачки научник Нернст је развио израз који повезује стандардни потенцијал батерије са њеним потенцијалом под различитим условима, а то је:

\(∆Е=∆{{Е}^{{}^\цирц }}-\фрац{Р~Т~}{н~Ф}\лн К\)

К је реакциони количник и Р изражен у Ј/мол. К.

Уобичајено је пронаћи различите или поједностављене изразе Нернстове једначине, на пример, ако припишемо температура од 298 К у процес и претвара логаритам природан у децималном логаритму, израз резултира:

\(∆Е=∆{{Е}^{{}^\цирц }}-\фрац{0.05916~В~}{н~}\лог К\)

Лако је препознати да када ћелија почне да ради и реактанти се троше стварајући производе, вредност К почиње да расте, према њеној дефиницији, све док \(∆Е\)=0. У овом тренутку систем је у равнотежи и К = Кек.

Хајде да видимо пример Нернстове једначине примењене на Данијелову ћелију. Подсећајући да је стандардни потенцијал био 1,1 В (као што смо видели раније), ако мењамо концентрације, претпоставимо да сада имамо растворе Цу⁺² од 0,3 мол/Л и Зн⁺² од 3 мол/Л (уместо 1 мол/Л). Потенцијал ћелије на 298 К би био дат са:

\(∆Е=1.1~В-\фрац{0.05916~В~}{2}\лог \лефт( \фрац{3}{0.3} \ригхт)=1.07~В\)