★★☆ Середній

⚡ Рівняння Нернста

Анімуйте гальванічний елемент і спостерігайте, як потенціал E змінюється при варіюванні температури, концентрацій іонів та матеріалу електродів. Засноване на E = E° − (RT/nF) ln Q з живими показниками ΔG та константи рівноваги.

Катіони (до катода) Аніони (до анода) Анод (окиснення) Катод (відновлення)

Рівняння Нернста E = E° − (RT/nF) ln Q

Пара електродів

E° (стандартний) 1.100 В

n (електрони) 2

Умови

T (температура) 298 K

[Ред] (відн. моль/л) 1.00

[Окс] (окисн. моль/л) 1.00

Показники в реальному часі

Q (фактор реакції) 1.000

ln Q 0.000

RT/nF —

E (ЕРС елемента) 1.100 В

ΔG = −nFE —

K = exp(nFE°/RT) —

Про рівняння Нернста

Виведення з енергії Гіббса

Для реакції напівелемента або повного елемента зміна вільної енергії Гіббса ΔG = ΔG° + RT ln Q. Електрична робота елемента ΔG = −nFE, тому E = E°−(RT/nF) ln Q. При 25 °C (298.15 K) RT/F ≈ 0.02569 В, що дає загальне наближення E = E°−(0.0592/n) log Q.

Елемент Даніеля

Класичний елемент Даніеля (1836) використовує цинковий анод у розчині ZnSO₄ та мідний катод у розчині CuSO₄, з'єднані сольовим містком. Цинк окиснюється (Zn → Zn²&sup+; + 2e−, E° = −0.76 В), Cu²&sup+ — відновлюється (E° = +0.34 В), що дає E° = 1.10 В. З часом Q зростає, а E спадає до нуля (рівновага).

Рівновага та ЕРС

При рівновазі ΔG = 0 та E = 0, тому ln K = nFE°/RT. Це пов'язує термодинамічну константу рівноваги K зі стандартним потенціалом E°. Елемент з E° > 0 має K > 1 (продукти переважають). Рівняння Нернста показує, наскільки далеко Q від K і яка рушійна сила залишається.

Залежність від температури

Коефіцієнт RT/nF лінійно зростає з T. При вищих температурах вплив концентрацій посилюється: десятикратна зміна Q зміщує E на (RT/nF) ln 10 ≈ (0.0592 В/n) × T/298. Промислові електрохімічні процеси (виплавка алюмінію, хлор-лужний електроліз, літій-іонні акумулятори) спираються на точні розрахунки рівняння Нернста.