Cálculos de electroquímica utilizando la ecuación de Nernst

La ecuación de Nernst se usa para calcular el voltaje de una celda electroquímica o para encontrar la concentración de uno de los componentes de la celda..

La ecuación de Nernst

La ecuación de Nernst relaciona el potencial celular de equilibrio (también llamado potencial Nernst) con su gradiente de concentración a través de una membrana. Se formará un potencial eléctrico si hay un gradiente de concentración para el ion a través de la membrana y si existen canales de iones selectivos para que el ion pueda cruzar la membrana. La relación se ve afectada por la temperatura y si la membrana es más permeable a un ion que a otros..

La ecuación se puede escribir:

mi_célula = E^{0 0}_célula - (RT / nF) lnQ

mi_célula = potencial celular en condiciones no estándar (V)
mi^{0 0}_célula = potencial celular en condiciones estándar
R = constante de gas, que es 8.31 (volt-coulomb) / (mol-K)
T = temperatura (K)
n = número de moles de electrones intercambiados en la reacción electroquímica (mol)
F = constante de Faraday, 96500 culombios / mol
Q = cociente de reacción, que es la expresión de equilibrio con concentraciones iniciales en lugar de concentraciones de equilibrio

A veces es útil expresar la ecuación de Nernst de manera diferente:

mi_célula = E^{0 0}_célula - (2.303 * RT / nF) logQ

a 298K, E_célula = E^{0 0}_célula - (0.0591 V / n) log Q

Ejemplo de ecuación de Nernst

Un electrodo de zinc se sumerge en un ácido 0.80 M Zn²⁺ solución que está conectada por un puente de sal a un 1.30 M Ag⁺ solución que contiene un electrodo de plata. Determine el voltaje inicial de la celda a 298K.

A menos que haya memorizado seriamente, deberá consultar la tabla de potencial de reducción estándar, que le proporcionará la siguiente información:

mi^{0 0}_rojo: Zn²⁺_aq + 2e^- → Zn_s = -0.76 V

mi^{0 0}_rojo: Ag⁺_aq + mi^- → Ag_s = +0,80 V

mi_célula = E^{0 0}_célula - (0.0591 V / n) log Q

Q = [Zn²⁺] / [Ag⁺]²

La reacción procede espontáneamente, por lo que E^{0 0} es positivo. La única forma de que eso ocurra es si Zn se oxida (+0.76 V) y la plata se reduce (+0.80 V). Una vez que te das cuenta de eso, puedes escribir la ecuación química equilibrada para la reacción celular y puedes calcular E^{0 0}:

Zn_s → Zn²⁺_aq + 2e^- y E^{0 0}_buey = +0.76 V

2Ag⁺_aq + 2e^- → 2Ag_s y E^{0 0}_rojo = +0,80 V

que se suman para producir:

Zn_s + 2Ag⁺_aq → Zn²⁺_un + 2Ag_s con E^{0 0} = 1.56 V

Ahora, aplicando la ecuación de Nernst:

Q = (0.80) / (1.30)²

Q = (0.80) / (1.69)

Q = 0.47

E = 1.56 V - (0.0591 / 2) log (0.47)

E = 1.57 V