משוואת נרנסט

נכתב ע"י alexL בש', 12/01/2018 - 04:36

תגובות אלקטרוכימיות הן תמיד תגובות חמצון-חיזור:

Fe2+ + 2e- → Fe

H2 → 2H+ + 2e-

Ni3+ + e- → Ni2+

וכד'. נוח לכתוב משוואת תגובה אלקטרוכימית בצורה כללית:

Ox + ne  Red

כאשר Ox מסמל חלקיק מחומצן (Oxidized) ו-Red מסמל חלקיק מחוזר (Reduced).

שינוי האנרגיה החופשית בתגובה זו ΔG ניתן ע''י משוואת איזתרמה:

$$ \Delta G = \Delta G_0 + RT ln {\frac {[Red]}{[Ox]}} $$

כאשר [Red] ו-[Ox] הן האקטיביויות של המחזר ושל המחמצן, ΔGo הוא שינוי האנרגיה החופשית התקנית. כעת ניתן להיעזר בביטוי ΔG= - nF ΔE שפיתחנו קודם ולשכתב:

$$ -nF\Delta E = -nF\Delta E_0 + RT ln {\frac {[Red]}{[Ox]}} $$

או, בצורה יותר מקובלת:

$$ E =  E_0 + RT ln {\frac {[Red]}{[Ox]}} $$

המשוואה האחרונה נקראת משוואת נרנסט (Nernst) והיא אולי החשובה ביותר בחישוב פוטנציאלים במערכת אלקטרוכימית. במשוואת נרנסט E מסמן את הפרש הפוטנציאלים בתגובה (מסיבות היסטוריות, בלי ה-Δ) ו-Eo הוא פוטנציאל תקני, שעליו נדבר בהמשך.

חשוב להדגיש כי משוואת נרנסט מבטאת פוטנציאל של תגובה אחת בלבד, זאת אומרת תהליך אלקטרודי אחד בלבד. תא אלקטרוכימי מורכב מלפחות שתי אלקטרודות ועבור כל אחת ניתן לכתוב משוואת נרנסט מתאימה ולחשב את הפוטנציל שלה.

פוטנציאל התא (מתח התא) הוא הפרש בין פוטנציאלים הקתודה לפוטנציאל האנודה.