Cálculos eletroquímicos usando a equação de Nernst

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o Equação de Nernst é usado para calcular a voltagem do um eletroquímico celular ou para encontre a concentração de um dos componentes da célula.

A equação de Nernst

A equação de Nernst relaciona o potencial de equilíbrio da célula (também chamado de potencial de Nernst) ao seu gradiente de concentração através de uma membrana. Um potencial elétrico se formará se houver um gradiente de concentração para o íon através da membrana e se existirem canais seletivos de íons para que o íon possa atravessar a membrana. A relação é afetada pela temperatura e se a membrana é mais permeável a um íon em relação a outros.

A equação pode ser escrita:

E_célula= E⁰_célula- (RT/nF)lnQ

E_célula= potencial da célula sob condições não padronizadas (V)
E⁰_célula= potencial da célula sob condições padrão
R = constante do gás, que é 8,31 (volt-coulomb)/(mol-K)
T = temperatura (K)
n = número de mols de elétrons trocados na reação eletroquímica (mol)
F = constante de Faraday, 96.500 coulombs/mol
Q = quociente de reação, que é a expressão de equilíbrio com concentrações iniciais em vez de concentrações de equilíbrio

Às vezes é útil expressar a equação de Nernst de forma diferente:

E_célula= E⁰_célula- (2.303*RT/nF)logQ

em 298K, E_célula= E⁰_célula- (0,0591 V/n)log Q

Exemplo de equação de Nernst

Um eletrodo de zinco é submerso em um ácido 0,80 M Zn²⁺solução que é conectada por uma ponte salina a uma solução de 1,30 M Ag⁺solução contendo um eletrodo de prata. Determine a tensão inicial da célula em 298 K.

A menos que você tenha feito alguma memorização séria, você precisará consultar a tabela de potencial de redução padrão, que fornecerá as seguintes informações:

E⁰_vermelho: Zn²⁺_aq+2e^-→ Zn_s= -0,76 V

E⁰_vermelho: No⁺_aq+ e^-→ Ag_s= +0,80 V

E_célula= E⁰_célula- (0,0591 V/n)log Q

Q = [Zn²⁺]/[Ag⁺]^dois

A reação ocorre espontaneamente, então E⁰é positivo. A única maneira de isso ocorrer é se o Zn for oxidado (+0,76 V) e a prata for reduzida (+0,80 V). Depois de perceber isso, você pode escrever a equação química balanceada para a reação da célula e pode calcular E⁰:

Zn_s→ Zn²⁺_aq+2e^-e E⁰_boi= +0,76 V

2Ag⁺_aq+2e^-→ 2Ag_se E⁰_vermelho= +0,80 V

que são somados para produzir:

Zn_s+ 2Ag⁺_aq→ Zn²⁺_uma+ 2Ag_scom E⁰= 1,56 V

Agora, aplicando a equação de Nernst:

Q = (0,80)/(1,30)^dois

Q = (0,80)/(1,69)

Q = 0,47

E = 1,56 V - (0,0591 / 2)log(0,47)

E = 1,57 V