Калькулятор уравнения Нернста

Этот калькулятор уравнения Нернста представляет собой фундаментальную формулу электрохимии — уравнение Нернста, также известное как уравнение потенциала ячейки. Это формула, которая позволяет рассчитать восстановительный потенциал реакции полуячейки или полной клетки.

Если вы не знаете, каков потенциал сокращения, не волнуйтесь — мы объясним все термины, подробно опишем, как рассчитать потенциал ячейки, и закончим примером уравнения Нернста, которое лучше всего представляет его применение.

Восстановительный потенциал полуклеточной или полной клеточной реакции также называется окислительно-восстановительным потенциалом или окислительно-восстановительным потенциалом. Он измеряет тенденцию молекул (или атомов, ионов и т. д.) приобретать электроны и, следовательно, уменьшаться. Это значение измеряется в вольтах (В).

Почему именно это называется окислительно-восстановительным потенциалом? Окисление происходит, когда электроны удаляются — например, когда свободный радикал крадет электрон из клетки. С другой стороны, восстановление означает получение электронов, например, когда антиоксидант отдает электрон свободному радикалу.

Что это означает с точки зрения потенциала сокращения? Раствор с более высоким потенциалом будет иметь тенденцию получать электроны (восстанавливаться), а раствор с более низким потенциалом — терять электроны (окисляться). Обратите внимание, что высокий потенциал восстановления не означает, что реакция произойдет — реакция по-прежнему требует подачи некоторой энергии активации.

Абсолютный потенциал решения сложно измерить. Поэтому потенциалы восстановления обычно определяют относительно электрода сравнения.

Стандартный восстановительный потенциал — это окислительно-восстановительный потенциал, измеренный при стандартных условиях: 25 ° C, активность, равная 1 на ион, и давление 1 бар на газ, участвующий в реакции. Стандартный восстановительный потенциал определяется относительно стандартного водородного электрода (SHE), которому произвольно задан потенциал 0 вольт.

Что такое уравнение потенциала?

Уравнение Нернста (уравнение потенциала ячейки) связывает восстановительный потенциал со стандартным электродным потенциалом, температурой и активностью молекул. Для приблизительного результата действия можно заменить концентрациями. Для полуклеточной или полноклеточной реакции

E = E₀ — RT / zF * ln ([red] / [ox])

где:

E — восстановительный потенциал, выраженный в вольтах (В);
E₀ — стандартный восстановительный потенциал, также выраженный в вольтах (В);
R — газовая постоянная, равная 8,314 Дж / (К * моль);
T — температура, при которой могла бы происходить реакция, измеренная в Кельвинах (K);
z — число молей электронов, перенесенных в реакции (моль);
F — постоянная Фарадея, равная числу кулонов на моль электронов (96 485,3 Кл / моль);
[red] — химическая активность молекулы (атома, иона …) в восстановленной форме. Его можно заменить концентрацией;
[ox] — химическая активность молекулы (атома, иона …) в окисленной форме. Его также можно заменить концентрацией.

Как рассчитать потенциал восстановления: пример уравнения Нернста

Мы будем использовать калькулятор уравнения Нернста, чтобы найти восстановительный потенциал клетки на основе следующих реакций:

Mg → Mg2 + + 2e-, где E₀ = +2,38 В

Pb2 + + 2e- → Pb, где E₀ = -0,13 В

Во-первых, нам нужно записать общую реакцию и рассчитать общий стандартный окислительно-восстановительный потенциал:
Pb2 + (водный раствор) + Mg (s) → Mg2 + (водный раствор) + Pb (s)

E₀ (ячейка) = 2,38 В + -0,13 В = 2,25 В

Следующим шагом будет определение температуры и количества молей электронов. Можно принять температуру равной 25 ° C. В этой реакции было перенесено 2 моля электронов.

Теперь нам нужно решить, какие молекулы окисляются, а какие восстанавливаются. Те, которые получают электроны, то есть молекулы свинца (Pb), восстанавливаются.

Молекулы магния (Mg) окисляются.

Последний шаг перед выполнением расчетов — определение доли активности или концентрации. Если мы знаем, что концентрация молекул Pb составляет 0,200 М, а магния — 0,020 М, пропорция концентрации будет [красный] / [окс] = [Mg2 +] / [Pb2 +] = 0,020 / 0,200 = 0,1.

Теперь мы можем объединить все эти результаты и ввести их в калькулятор уравнения Нернста. Конечное значение понижающего потенциала равно 2,28 В.