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L'equazione di Nernst

1889
  • Walther Nernst
Cella elettrochimica con equazione di Nernst e applicazioni in elettrochimica.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

L'equazione di Nernst mette in relazione il potenziale di riduzione di una semicella (o la tensione totale di una cella elettrochimica) con il potenziale standard dell'elettrodo, la temperatura e le attività (spesso approssimate dalle concentrazioni) delle specie chimiche in fase di ossidoriduzione. L'equazione è [latex]E = E^{\circ} - \frac{RT}{nF} \ln Q[/latex], dove Q è il quoziente di reazione.

L'equazione di Nernst è una pietra miliare dell'elettrochimica e fornisce un collegamento quantitativo tra termodinamica e potenziale cellulare. Nella formula [latex]E = E^{\circ} - \frac{RT}{nF} \ln Q[/latex], [latex]E[/latex] è il potenziale di cella in condizioni specifiche e [latex]E^{\circ}[/latex] è il potenziale di cella standard, misurato quando tutte le specie sono ad attività unitaria. [latex]R[/latex] è la costante universale dei gas, [latex]T[/latex] è la temperatura assoluta, [latex]n[/latex] è il numero di moli di elettroni trasferiti e [latex]F[/latex] è la costante di Faraday.

Il termine [latex]Q[/latex], quoziente di reazione, utilizza concentrazioni non di equilibrio. Per una reazione generica [latex]aA + bB \rightleftharpoons cC + dD[/latex], [latex]Q = \frac{{C}^c \{D}^d}{\A}^a \{B}^b}[/latex], dove {X} indica l'attività. Questa equazione mostra che il potenziale cellulare diminuisce man mano che la reazione procede verso l'equilibrio (Q aumenta). All'equilibrio, [latex]Q = K[/latex] (la costante di equilibrio) e [latex]E = 0[/latex], il che significa che la batteria è ‘morta’. L'equazione è fondamentale per capire come le variazioni di concentrazione influenzino la tensione della batteria e il potenziale attraverso le membrane biologiche, come nei neuroni, dove i gradienti di concentrazione degli ioni creano potenziali di membrana essenziali per la segnalazione nervosa.

UNESCO Nomenclature: 2202
- Elettrochimica

Tipo

Formula

Interruzione

Fondamento

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • leggi della termodinamica, in particolare l'energia libera di Gibbs
  • concetto di equilibrio chimico e quoziente di reazione
  • leggi di faraday sull'elettrolisi
  • sviluppo della cella elettrochimica

Applicazioni

  • calcolo della tensione della batteria in condizioni non standard
  • misuratori di pH ed elettrodi iono-selettivi
  • comprendere gli impulsi nervosi (potenziali di membrana)
  • studi sulla corrosione
  • titolazioni potenziometriche

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

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Correlato a: equazione di Nernst, elettrochimica, potenziale di cella, potenziale standard, quoziente di reazione, condizioni non standard, termodinamica, equilibrio.

Contesto storico

L'equazione di Nernst

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1889
1890
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1889
1890
1890
1895

(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

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