2023 Autor: Jake Johnson | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-05-24 23:12
Nernstova jednačina, koju je razvio njemački hemičar i fizičar W alther Hermann Nernst, je kvantitativni odnos koji omogućava izračunavanje elektromotorne sile baterije za različite koncentracije jona u jedinica. Također se koristi za proračune u oksidaciono-redukcionoj titraciji.
Promena slobodne energije, ΔG, bilo koje reakcije i standardna promena slobodne energije, ΔG°, povezane su kroz sledeću reakciju:
Gdje je Q izraz zakona djelovanja reakcionih masa. Za oksidaciono-redukcionu reakciju imamo:
y
Dakle, za redoks reakciju imamo:
− nFE=− nFE 0 + RT ln Q
ili
Biti:
R=8, 315 J K-1 mol-1;
T=298, 2K (25°C);
F=96485 C mol-1
Zamjenjujući u prethodnu jednačinu vrijednosti R, T i P, imamo:
Alternativno, ova jednačina se može napisati u terminima decimalnog logaritma:
U ovoj jednačini, značenje njenih komponenti je sljedeće: Eº je elektromotorna sila ili normalni potencijal odgovarajuće baterije (koji se dobija iz potencijalanormalne elektrode); R je univerzalna plinska konstanta; T je temperatura u apsolutnoj skali; F je električni naboj jednog mola elektrona; n je broj prenesenih elektrona; Q je kvocijent reakcije. Ovaj kvocijent je proizvod koncentracija aktivnih vrsta drugog člana oksi-redukcione reakcije, podignut na njihove odgovarajuće stehiometrijske koeficijente (koeficijente koji prethode formulama u uravnoteženoj hemijskoj jednadžbi), a njegov nazivnik je analogni proizvod koncentracije reaktanata.
Standardni potencijali i konstante ravnoteže
Kada sistem dostigne ravnotežu, slobodna energija proizvoda jednaka je slobodnoj energiji reaktanata, odnosno ΔG=0. Kada ovaj sistem pripada galvanskoj ćeliji, ćelija ne proizvodi napon, to jest, «E» ćelije je nula, jer nema reakcije u bilo kojem smjeru. U ravnoteži, izraz Q zakona djelovanja mase postaje jednak K. Dakle, pod ovim uvjetima, Nernstova jednačina je zapisana kao:
ili
To na 25°C ostaje:
ili
Na bilo koji od ovih načina, postaje moguće izračunati E0 iz K, ili obrnuto.
A ko je bio Hermann Nernst…?
njemački fizičar i hemičar sa Univerziteta u Berlinu rođen u Brizenu, tada Pruska, koji je proglasiotreći zakon termodinamike (1906) koji mu je dao Nobelovu nagradu za hemiju (1920) i svojim radom pomogao u uspostavljanju moderne fizičke hemije. Sin okružnog sudije, Gustava Nernsta, školovao se u Gimnaziji u Graudentzu, a studirao je na univerzitetima u Cirihu, Berlinu i Gracu, gdje je studirao fiziku i matematiku kod Ludwiga Boltzmanna i Alberta von Ettinghausena. Kasnije je stekao doktorat. u Würzburgu (1887), koju je vodio fizičar Friedrich Kohlrausch. Nakon što je neko vrijeme radio u Lajpcigu, bio je profesor fizike i hemije na Univerzitetima u Getingenu (1891-1905), gdje je osnovao Institut za hemiju, fiziku i elektrohemiju (1895), i Berlinu, gdje je bio i direktor Instituta za fizičku hemiju tog univerziteta (1905-1925).
Postavljen je za predsjednika Fizičko-tehničkog instituta Berlin-Šarlotenburg (1922-1933) i od tada se posvetio proučavanju akustike i astrofizike. Radio je u oblastima elektrohemije, termodinamike, hemije čvrstog stanja i fotohemije. Istraživao je specifičnu toplinu čvrstih tijela i niske temperature i vezu s kvantnom teorijom, a također je predložio teoriju atomske lančane reakcije u fotohemiji. Dobio je Nobelovu nagradu za hemiju (1920) za svoj rad s termohemijom, posebno za izjavu trećeg zakona termodinamike, koji prema entropiji materije teži da nestane kada se njena temperatura približi apsolutnoj nuli, koja se naziva i toplota teorema. Tokom svog života kao naučnika razvio je i aosmotska teorija za objašnjenje i određivanje potencijala elektroda koncentracijske ćelije, formulisao zakon raspodjele materije između dvije faze, izumio tzv. električni klavir i poznata Nernstova jednačina i umro u Muskau, Ober-Zibelle, Njemačka.
