能斯特方程








能斯特方程(Nernst,又譯:奈斯特方程),是電化學中用来计算电极上相对于标准电势(E0来说的指定氧化还原对的平衡电压(E)。命名自瓦爾特·能斯特。能斯特方程只能在氧化还原对中两种物质同时存在时才有意义。



公式



E=E0−RTnFln⁡aredaox{displaystyle E=E^{0}-{frac {RT}{nF}}ln {frac {a_{mbox{red}}}{a_{mbox{ox}}}}}E = E^0 - frac{RT}{nF} lnfrac{a_{mbox{red}}}{a_{mbox{ox}}}

E=E0+(RTnF)ln⁡aoxared{displaystyle Leftrightarrow E=E^{0}+({frac {RT}{nF}})ln {frac {a_{mbox{ox}}}{a_{mbox{red}}}}}{displaystyle Leftrightarrow E=E^{0}+({frac {RT}{nF}})ln {frac {a_{mbox{ox}}}{a_{mbox{red}}}}}


在常温下(25℃ = 298.15 K),有以下关系式:


RTFln⁡10≈0.05916{displaystyle {frac {R,T}{F}},,ln 10approx 0.05916}frac{R,T}{F},, ln 10 approx 0.05916

因此,能斯特方程可以被简化为:



在25℃:E=E0−0.05916nlog⁡[red][ox]{displaystyle E=E^{0}-{frac {0.05916}{n}}log {frac {[{mbox{red}}]}{[{mbox{ox}}]}}}{displaystyle E=E^{0}-{frac {0.05916}{n}}log {frac {[{mbox{red}}]}{[{mbox{ox}}]}}}

E=E0+0.05916nlog⁡[ox][red]{displaystyle Leftrightarrow E=E^{0}+{frac {0.05916}{n}}log {frac {[{mbox{ox}}]}{[{mbox{red}}]}}}{displaystyle Leftrightarrow E=E^{0}+{frac {0.05916}{n}}log {frac {[{mbox{ox}}]}{[{mbox{red}}]}}}




  • R是理想气体常数,等于8.314472 (15) J.K-1.mol-1


  • T是温度,单位K。


  • a是氧化型和还原型化学物质的活度(活度 = 浓度*活度系数),其中[ox]代表氧化型,[red]代表还原型。


  • F是法拉第常数,1F等于96,485.3365 (21) C/mol。


  • n是半反应式的电子转移数,單位mol。


  • [ox]/[red]表示参与电极反应所有物质浓度的乘积与反应产物浓度乘积之比。而且浓度的方次应等于他们在电极反应中的系数。



历史


能斯特方程命名于它的提出者德国化学家瓦爾特·能斯特(Walther H. Nernst,1864-1941),他建立的这个联系化学能和原电池电极电位关系的方程式,对化学热力学有重要贡献。1920年的诺贝尔化学奖颁发给了他,以表彰他在热化学方面的工作。







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