नेर्नस्ट समीकरण और सेल विभव

नेर्नस्ट समीकरण एक इलेक्ट्रोड या सेल के संतुलन विभव को भाग लेने वाली रेडॉक्स प्रजातियों की गतिविधियों से संबंधित करता है, यह मात्रा निर्धारित करता है कि एकाग्रता एक इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रिया की प्रेरक शक्ति को कैसे बदलती है।

Definition

एक समीकरण, E = E° − (RT/nF) ln Q, जो एक इलेक्ट्रोकेमिकल अर्ध-सेल या पूर्ण सेल के संतुलन विभव को मानक विभव और प्रजाति गतिविधियों के प्रतिक्रिया भागफल के एक कार्य के रूप में देता है।

Scope

यह विषय नेर्नस्ट समीकरण की व्युत्पत्ति और अनुप्रयोग, मानक इलेक्ट्रोड विभव का अर्थ, अर्ध-प्रतिक्रियाओं से सेल विभव का योगात्मक निर्माण, और तापमान और एकाग्रता पर विभव की निर्भरता को शामिल करता है। इसमें प्रतिक्रिया दिशा की भविष्यवाणी करने, सेल डेटा से संतुलन स्थिरांक की गणना करने और एकाग्रता कोशिकाओं की व्याख्या करने के लिए समीकरण का उपयोग शामिल है।

Core questions

• ऑक्सीकृत और अपचयित प्रजातियों की सांद्रता में भिन्नता के साथ अर्ध-सेल का विभव कैसे बदलता है?
• सारणीबद्ध अर्ध-सेल अपचयन विभवों से पूर्ण-सेल विभवों को कैसे इकट्ठा किया जाता है?
• मापे गए सेल विभवों से संतुलन स्थिरांक और मुक्त ऊर्जाओं को कैसे निकाला जा सकता है?
• एक एकाग्रता सेल क्या है और यह एक ही रासायनिक प्रजाति से विभव कैसे उत्पन्न करता है?

Key theories

नेर्नस्ट समीकरण

संतुलन पर विद्युत और रासायनिक कार्य को बराबर करके व्युत्पन्न, यह प्रजाति गतिविधियों के एक लघुगणकीय कार्य के रूप में इलेक्ट्रोड विभव को व्यक्त करता है, इकाई गतिविधि पर E° तक कम हो जाता है और 25 °C पर प्रति इलेक्ट्रॉन 59 mV-प्रति-दशक बदलाव की भविष्यवाणी करता है।

अर्ध-सेल विभवों की योगात्मकता

एक पूर्ण सेल का मानक विभव कैथोड अपचयन विभव माइनस एनोड अपचयन विभव के बराबर होता है, दोनों को मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड के संदर्भ में, सारणीबद्ध मानों से सहजता की भविष्यवाणी की अनुमति देता है।

Clinical relevance

नेर्नस्ट समीकरण pH मीटर, आयन-चयनात्मक इलेक्ट्रोड और बायोसेन्सर की प्रतिक्रिया को नियंत्रित करता है, बैटरी के ओपन-सर्किट वोल्टेज को निर्धारित करता है, और इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी में झिल्ली विभव को मापता है। यह पोटेंशियोमेट्रिक मात्रात्मक विश्लेषण का आधार है।

History

वाल्थर नेर्नस्ट ने 1889 में समाधानों के परासरणी सिद्धांत के साथ थर्मोडायनामिक्स को मिलाकर संबंध व्युत्पन्न किया, जो वान 'टी हॉफ के तनु समाधानों पर काम पर आधारित था; यह सूत्र भौतिक रसायन विज्ञान के लिए केंद्रीय बन गया और इसे 1920 के नोबेल पुरस्कार से मान्यता मिली।

Key figures

• Walther Nernst
• Jacobus Henricus van 't Hoff

Seminal works

• nernst1889
• bard2001
• atkins2018

Frequently asked questions

कमरे के तापमान पर नेर्नस्ट ढलान लगभग 59 mV प्रति दशक क्यों होता है?

R, T = 298 K, F को प्रतिस्थापित करने और प्राकृतिक को आधार-10 लघुगणक में बदलने पर 2.303RT/F ≈ 0.0592 V मिलता है, इसलिए प्रत्येक दस गुना गतिविधि परिवर्तन एक-इलेक्ट्रॉन इलेक्ट्रोड विभव को लगभग 59 mV तक बदल देता है।

क्या नेर्नस्ट समीकरण को सांद्रता या गतिविधियों का उपयोग करना चाहिए?

कड़ाई से यह गतिविधियों का उपयोग करता है; सांद्रता केवल तनु समाधानों में मान्य एक सन्निकटन है, और आयनिक शक्ति के साथ विचलन बढ़ता है, यही कारण है कि सटीक काम में गतिविधि गुणांक मायने रखते हैं।