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La ecuación de Nernst

1889
  • Walther Nernst
Celda electroquímica con ecuación de Nernst aplicaciones en electroquímica.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

La ecuación de Nernst relaciona el potencial de reducción de una semicelda (o el voltaje total de una celda electroquímica) con el potencial estándar del electrodo, la temperatura y las actividades (a menudo aproximadas por concentraciones) de las especies químicas que experimentan una reacción redox. La ecuación es [latex]E = E^{circ} – frac{RT}{nF} ln Q[/latex], donde Q es el cociente de reacción.

La ecuación de Nernst es una piedra angular de la electroquímica, que proporciona un vínculo cuantitativo entre la termodinámica y el potencial de celda. En la fórmula [latex]E = E^{circ} – frac{RT}{nF} ln Q[/latex], [latex]E[/latex] es el potencial de celda bajo condiciones específicas, y [latex]E^{circ}[/latex] es el potencial de celda estándar, medido cuando todas las especies tienen actividad unitaria. [latex]R[/latex] es la constante universal de los gases, [latex]T[/latex] es la temperatura absoluta, [latex]n[/latex] es el número de moles de electrones transferidos, y [latex]F[/latex] es la constante de Faraday.

El término [latex]Q[/latex], el cociente de reacción, utiliza concentraciones de no equilibrio. Para una reacción genérica [latex]aA + bB rightleftharpoons cC + dD[/latex], [latex]Q = frac{{C}^c {D}^d}{{A}^a {B}^b}[/latex], donde {X} denota la actividad. Esta ecuación muestra que el potencial de la celda disminuye a medida que la reacción avanza hacia el equilibrio (Q aumenta). En el equilibrio, [latex]Q = K[/latex] (la constante de equilibrio) y [latex]E = 0[/latex], lo que significa que la batería está "muerta". La ecuación es crucial para comprender cómo los cambios de concentración afectan el voltaje de la batería y el potencial a través de las membranas biológicas, como en las neuronas, donde los gradientes de concentración de iones crean potenciales de membrana esenciales para la señalización nerviosa.

UNESCO Nomenclature: 2202
- Electroquímica

Tipo

Fórmula

Ruptura

Fundacional

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Leyes de la termodinámica, particularmente la energía libre de Gibbs
  • concepto de equilibrio químico y cociente de reacción
  • leyes de faraday sobre la electrólisis
  • desarrollo de la celda electroquímica

Aplicaciones

  • Cálculo del voltaje de la batería en condiciones no estándar
  • medidores de pH y electrodos selectivos de iones
  • Comprensión de los impulsos nerviosos (potenciales de membrana)
  • estudios de corrosión
  • titulaciones potenciométricas

Patentes:

NA

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Relacionado con: ecuación de Nernst, electroquímica, potencial de celda, potencial estándar, cociente de reacción, condiciones no estándar, termodinámica, equilibrio.

Contexto histórico

La ecuación de Nernst

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(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

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