電化學中的一個基本關係式
能斯特方程式是電化學中的一個基本關係式,它描述了電池電動勢與參與電池反應的各物質活度之間的關係。該方程由德國化學家與物理學家瓦爾德馬爾·赫爾曼·能斯特(Walther Hermann Nernst)在1889年從熱力學導出,因此以其名字命名。能斯特方程的重要性在於它將化學能和原電池電極電位聯繫起來,並且在電化學領域做出了重大貢獻,能斯特因此獲得了1920年的諾貝爾化學獎。
能斯特方程的套用範圍包括:
計算電極電勢:能斯特方程用於計算電極上相對於標準電勢的指定氧化還原對的平衡電壓。它定量描述了某種離子在兩個體系間形成的擴散電位。
表示電極電勢與物質活度的關係:能斯特方程表示電極電勢和參與電極反應的各物質活度的關係。在非標準狀態下,即反應商不為1時,電極電勢可以通過能斯特方程計算得出。
計算電動勢:對於任一可逆電池,能斯特方程可以用來直接計算由兩個電極反應組成的可逆電池的電動勢。
能斯特方程的一般形式為:E = E° - (RT/nF) * ln(Q),其中E是非標準電極電勢,E°是標準電極電勢,R是摩爾氣體常數,T是熱力學溫度,n是電極反應中的電子轉移數,F是法拉第常數,Q是反應商。
需要注意的是,能斯特方程只有在動力學為0,即平衡狀態下才適用。在實際套用中,尤其是參比電極之間的換算,常常使用能斯特方程。