Warum fällt das Zellpotential im Gleichgewicht auf null?

Im Gleichgewicht ist Q = K. Einsetzen in die Nernst-Gleichung gibt E = E° − (RT/nF) ln K. Aus der Beziehung E° = (RT/nF) ln K heben sich die beiden Terme auf, und E = 0: es gibt keine resultierende treibende Kraft in Hin- oder Rückrichtung.

Wo wendet man die Nernst-Gleichung praktisch an?

Darauf beruhen pH-Meter, ionenselektive Elektroden und potentiometrische Sensoren. Bei festem E°, n, T und den übrigen Konzentrationen ändert sich das gemessene Potential logarithmisch mit der Konzentration des Zielions.

Gilt die Gleichung für das galvanische Element und für die Elektrolysezelle?

Ja. Beim galvanischen Element ist E > 0 — die Reaktion läuft freiwillig und kann elektrische Arbeit leisten. Bei der Elektrolyse erzwingt eine äußere Spannung eine unfreiwillige Reaktion; die Gleichung liefert die Mindestspannung, die man anlegen muss (negatives E für die Hinreaktion der Zelle).

Warum steht in der Formel ln und nicht der dekadische Logarithmus?

Die thermodynamische Herleitung führt auf den natürlichen Logarithmus. In der Praxis schreibt man oft E = E° − (2,303 RT/nF) lg Q, wobei 2,303 = ln 10. Beide Schreibweisen sind gleichwertig; hier steht die Form mit ln.

Nernst-Gleichung

E = E° − (RT/nF) ln Q: Potential der Zelle bei Abweichung von den Standardbedingungen; einstellbar sind E°, Elektronenzahl n, Temperatur und Reaktionsquotient Q.

Stellen Sie die Schieber: wie E°, die Elektronenzahl, die Temperatur und Q das reversible Potential der Zelle oder der Halbreaktion ändern.

+818 mV

Zum Modell

Die Nernst-Gleichung verbindet das Potential eines elektrochemischen Elements bei Abweichung von den Standardbedingungen mit dem Standardpotential: E = E° − (RT/nF) ln Q. Dabei ist E das Potential der Zelle, E° das Standardpotential, R die universelle Gaskonstante, T die absolute Temperatur, n die Zahl der Elektronen in der Halbreaktion, F die Faraday-Konstante und Q der Reaktionsquotient. Mit wachsendem Q (Anreicherung der Produkte gegenüber den Edukten) verkleinert der Logarithmusterm E; im Gleichgewicht gilt Q = K und E = 0. Einstellbar sind E°, n, T und Q. Die Lösungen gelten als ideal: Aktivitäten sind durch Konzentrationen ersetzt, Diffusionspotentiale entfallen, R und F sind konstant.

Für wen: Studium, Elektrochemie und chemische Thermodynamik: galvanische Elemente, Gleichgewicht, Nernst-Gleichung.

Wichtige Begriffe

Nernst-Gleichung
Zellspannung
Standardpotential
Reaktionsquotient
Faraday-Konstante
Redoxreaktion

So funktioniert es

Das Gleichgewichtspotential einer Halbreaktion oder Zelle verschiebt sich, wenn die Konzentrationen (Aktivitäten) von den Standardzuständen abweichen: E = E° − (RT/nF) ln Q. Die Schieber setzen E°, die Elektronenzahl n, die Temperatur T und den Reaktionsquotienten Q. Auf dem Bildschirm steht das berechnete E in Volt und Millivolt. Idealer Grenzfall: Q aus Konzentrationen, ohne Diffusionspotentiale.

Wichtige Gleichungen

E = E° − (RT / nF) ln Q

Häufige Fragen

Warum fällt das Zellpotential im Gleichgewicht auf null?: Im Gleichgewicht ist Q = K. Einsetzen in die Nernst-Gleichung gibt E = E° − (RT/nF) ln K. Aus der Beziehung E° = (RT/nF) ln K heben sich die beiden Terme auf, und E = 0: es gibt keine resultierende treibende Kraft in Hin- oder Rückrichtung.
Wo wendet man die Nernst-Gleichung praktisch an?: Darauf beruhen pH-Meter, ionenselektive Elektroden und potentiometrische Sensoren. Bei festem E°, n, T und den übrigen Konzentrationen ändert sich das gemessene Potential logarithmisch mit der Konzentration des Zielions.
Gilt die Gleichung für das galvanische Element und für die Elektrolysezelle?: Ja. Beim galvanischen Element ist E > 0 — die Reaktion läuft freiwillig und kann elektrische Arbeit leisten. Bei der Elektrolyse erzwingt eine äußere Spannung eine unfreiwillige Reaktion; die Gleichung liefert die Mindestspannung, die man anlegen muss (negatives E für die Hinreaktion der Zelle).
Warum steht in der Formel ln und nicht der dekadische Logarithmus?: Die thermodynamische Herleitung führt auf den natürlichen Logarithmus. In der Praxis schreibt man oft E = E° − (2,303 RT/nF) lg Q, wobei 2,303 = ln 10. Beide Schreibweisen sind gleichwertig; hier steht die Form mit ln.

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