Почему потенциал элемента падает до нуля при равновесии?

При равновесии Q = K. Подстановка в уравнение Нернста даёт E = E° − (RT/nF) ln K. Из связи E° = (RT/nF) ln K два члена сокращаются, и E = 0: нет результирующей движущей силы ни в прямом, ни в обратном направлении.

Где уравнение Нернста применяют на практике?

На нём основаны pH-метры, ионоселективные электроды и потенциометрические датчики. При фиксированных E°, n, T и остальных концентрациях измеряемый потенциал меняется логарифмически с концентрацией целевого иона.

Подходит ли уравнение и для гальванического, и для электролитического элемента?

Да. У гальванического элемента E > 0 — реакция самопроизвольна и может совершать электрическую работу. У электролитического внешнее напряжение вызывает несамопроизвольную реакцию; уравнение даёт минимальное напряжение, которое нужно приложить (отрицательное E для прямой реакции элемента).

Почему в формуле ln, а не десятичный логарифм?

Термодинамический вывод приводит к натуральному логарифму. На практике часто пишут E = E° − (2,303 RT/nF) lg Q, где 2,303 = ln 10. Обе записи равносильны; здесь использована форма с ln.

Уравнение Нернста

E = E° − (RT/nF) ln Q: потенциал элемента в нестандартных условиях; меняются E°, число электронов n, температура и коэффициент реакции Q.

Двигайте ползунки: как E°, число электронов, температура и Q меняют обратимый потенциал ячейки или полуреакции.

+818 mV

О модели

Уравнение Нернста связывает потенциал электрохимического элемента в нестандартных условиях со стандартным потенциалом: E = E° − (RT/nF) ln Q. Здесь E — потенциал элемента, E° — стандартный потенциал, R — универсальная газовая постоянная, T — абсолютная температура, n — число электронов в полуреакции, F — постоянная Фарадея, Q — коэффициент реакции. По мере роста Q (накопление продуктов относительно реагентов) логарифмический член уменьшает E; при равновесии Q = K и E = 0. Меняются E°, n, T и Q. Растворы считают идеальными: активности заменяют концентрациями, диффузионные потенциалы не учитывают, R и F постоянны.

Для кого: Вуз, электрохимия и химическая термодинамика: гальванические элементы, равновесие, уравнение Нернста.

Ключевые понятия

уравнение Нернста
потенциал элемента
стандартный потенциал
коэффициент реакции
постоянная Фарадея
окислительно-восстановительная реакция

Как это работает

Равновесный потенциал полуреакции или элемента сдвигается, когда концентрации (активности) уходят от стандартных состояний: E = E° − (RT/nF) ln Q. Ползунки задают E°, число электронов n, температуру T и коэффициент реакции Q. На экране — рассчитанный E в вольтах и милливольтах. Идеальный предел: Q из концентраций, без диффузионных потенциалов.

Основные формулы

E = E° − (RT / nF) ln Q

Часто задаваемые вопросы

Почему потенциал элемента падает до нуля при равновесии?: При равновесии Q = K. Подстановка в уравнение Нернста даёт E = E° − (RT/nF) ln K. Из связи E° = (RT/nF) ln K два члена сокращаются, и E = 0: нет результирующей движущей силы ни в прямом, ни в обратном направлении.
Где уравнение Нернста применяют на практике?: На нём основаны pH-метры, ионоселективные электроды и потенциометрические датчики. При фиксированных E°, n, T и остальных концентрациях измеряемый потенциал меняется логарифмически с концентрацией целевого иона.
Подходит ли уравнение и для гальванического, и для электролитического элемента?: Да. У гальванического элемента E > 0 — реакция самопроизвольна и может совершать электрическую работу. У электролитического внешнее напряжение вызывает несамопроизвольную реакцию; уравнение даёт минимальное напряжение, которое нужно приложить (отрицательное E для прямой реакции элемента).
Почему в формуле ln, а не десятичный логарифм?: Термодинамический вывод приводит к натуральному логарифму. На практике часто пишут E = E° − (2,303 RT/nF) lg Q, где 2,303 = ln 10. Обе записи равносильны; здесь использована форма с ln.

Близкие темы рядом (в том числе из смежных разделов) — или все 65 в «Химия».

Вся категория →

НовоеШкольные

Гальванический элемент

Запустить симулятор

Два полуэлемента, солевой мостик, вольтметр; E° и ЭДС ячейки по уравнению Нернста от концентраций.

НовоеШкольные

Потенциал Нернста и уравнение Гольдмана–Ходжкина–Катца

Запустить симулятор

E_K и E_Na по Нернсту из концентраций внутри и снаружи; оценка потенциала покоя по Гольдману–Ходжкину–Катцу.

НовоеШкольные

Принцип Ле Шателье

Запустить симулятор

Равновесие N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃: температура, объём, добавление и удаление веществ; сравнение Q и K.

НовоеШкольные

Скорость химической реакции

Запустить симулятор

Уравнение Аррениуса k(T), порядок 0/1/2, кривые [A](t) и схематичные частицы в сосуде.

НовоеШкольные

Радиоактивный распад

Запустить симулятор

Закон N(t) от периода полураспада T₁/₂; опционально цепочка родитель → дочерний → стабильный (уравнения Бейтмана).

НовоеШкольные

Закон Генри

Запустить симулятор

p = k_H c и зависимость k_H(T) от ΔH; кривая растворимости c(T) при постоянном давлении.

Уравнение Нернста

О модели

Как это работает

Основные формулы

Часто задаваемые вопросы

Похожие симуляторы

Гальванический элемент

Потенциал Нернста и уравнение Гольдмана–Ходжкина–Катца

Принцип Ле Шателье

Скорость химической реакции

Радиоактивный распад

Закон Генри

Уравнение Нернста

О модели

Как это работает

Основные формулы

Часто задаваемые вопросы