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ネルンストの式

1889
  • Walther Nernst
Electrochemical cell with Nernst equation applications in electrochemistry.

(画像はイメージです)

ネルンストの式は、半電池の還元電位(または電気化学セルの全電圧)を、標準電極電位、温度、および酸化還元反応を起こす化学種の活量(多くの場合、濃度で近似される)に関連付けます。この式は [latex]E = E^{circ} – frac{RT}{nF} ln Q[/latex] で、Q は反応商です。

ネルンストの式は電気化学の基礎であり、熱力学と電池電位の間の定量的な関係を提供します。式 [latex]E = E^{circ} – frac{RT}{nF} ln Q[/latex] において、[latex]E[/latex] は特定の条件下での電池電位、[latex]E^{circ}[/latex] はすべての物質の活量が単位であるときに測定される標準電池電位です。[latex]R[/latex] は普遍気体定数、[latex]T[/latex] は絶対温度、[latex]n[/latex] は移動する電子のモル数、[latex]F[/latex] はファラデー定数です。

反応商である [latex]Q[/latex] という用語では、非平衡濃度が用いられます。一般的な反応 [latex]aA + bB rightleftharpoons cC + dD[/latex] の場合、[latex]Q = frac{{C}^c {D}^d}{{A}^a {B}^b}[/latex] となり、{X} は活性を表します。この式は、反応が平衡に向かって進むにつれて(Q が増加するにつれて)細胞電位が低下することを示しています。平衡状態では、[latex]Q = K[/latex](平衡定数)となり、[latex]E = 0[/latex] となり、バッテリーが「使用不能」であることを意味します。この式は、濃度変化がバッテリー電圧や、神経細胞などの生体膜を横切る電位にどのように影響するかを理解する上で非常に重要です。神経細胞では、イオン濃度勾配によって神経伝達に不可欠な膜電位が生成されます。

UNESCO Nomenclature: 2202
電気化学

タイプ

混乱

基礎

使用法

広く普及している

前駆物質

  • 熱力学の法則、特にギブズ自由エネルギー
  • 化学平衡の概念と反応商
  • ファラデーの電気分解の法則
  • 電気化学セルの開発

アプリケーション

  • 非標準条件下でのバッテリー電圧の計算
  • pHメーターとイオン選択性電極
  • 神経インパルス(膜電位)の理解
  • 腐食研究
  • 電位差滴定

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

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関連:ネルンストの式、電気化学、電池電位、標準電位、反応商、非標準条件、熱力学、平衡。

歴史的背景

ネルンストの式

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1890
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(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

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