Nernst ekvationskalkylator

Kategori: Kemi

- maj 01, 2025

| |

Nernst-ekvationen relaterar cellpotentialen till standardcellpotentialen, temperatur och reaktionskvoten för den elektrokemiska reaktionen.

Nernst-ekvation: E = E° - (RT/nF) × ln(Q)

Standard Nernst-ekvation

Standardcellpotential (E°):

Antal överförda elektroner (n):

Temperatur (T):

Reaktionskvot (Q)

Q = [Produkter] / [Reaktanter]. För en reaktion aA + bB → cC + dD, Q = [C]^c × [D]^d / [A]^a × [B]^b

Produkter (Täljare)

Koncentration av produkt:

Mängd (Stökiometrisk koefficient):

Reaktanter (Nämnare)

Koncentration av reaktant:

Mängd (Stökiometrisk koefficient):

Balanserad redoxreaktion

Oxidationshalvreaktion: Inkludera elektroner (e⁻) i din halvreaktion

Reduktionshalvreaktion: Inkludera elektroner (e⁻) i din halvreaktion

Standardpotential för oxidationshalvreaktion (E°):

Standardpotential för reduktionshalvreaktion (E°):

Temperatur (T):

Koncentrationer av arter

Koncentration av art:

Zn²⁺

Decimaler:

Använd log₁₀ istället för ln Använd log₁₀(Q) × 2.303 istället för ln(Q)

Om Nernst-ekvationen

Nernst-ekvationen är en grundläggande ekvation inom elektro kemi som relaterar cellpotentialen (spänning) för en elektro kemisk reaktion till standardcellpotentialen, temperatur och aktiviteter/koncentrationer av de kemiska arter som är involverade.

Matematisk form:

Den allmänna formen av Nernst-ekvationen är:

E = E° - (RT/nF) × ln(Q)

Vid standardtemperatur (25°C eller 298.15 K) kan detta förenklas till:

E = E° - (0.0592 V / n) × log₁₀(Q)

Nyckeltermer:

E: Cellpotential (spänning) under de angivna förhållandena (V)
E°: Standardcellpotential (spänning) (V)
R: Universell gaskonstant (8.314 J/(mol·K))
T: Temperatur (K)
n: Antal överförda elektroner i den balanserade redoxreaktionen
F: Faradaykonstant (96,485 C/mol)
Q: Reaktionskvot (förhållandet mellan koncentrationerna av produkter och reaktanter, var och en upphöjd till sin stökiometriska koefficient)

Tillämpningar:

Förutsäga cellpotential: Bestäm spänningen för en galvanisk cell under icke-standardförhållanden
Koncentrationsceller: Beräkna potentialskillnaden mellan två halv-celler med olika koncentrationer
pH-mätning: Grunden för pH-elektroder och sensorer
Biokemi: Förstå redoxprocesser i biologiska system
Korrosionsvetenskap: Analysera och förutsäga korrosionsbeteende

Viktiga anteckningar:

För utspädda lösningar kan koncentrationer användas som approximationer för aktiviteter
Den naturliga logaritmen (ln) kan omvandlas till bas-10-logaritm (log₁₀) genom att multiplicera med 2.303
När Q = 1 (standardförhållanden), E = E°
När Q > 1, E < E° (cellpotentialen minskar)
När Q < 1, E > E° (cellpotentialen ökar)
Vid jämvikt, E = 0 och Q = K (jämviktskonstant)

Vad är Nernst-ekvationsräknaren?

Nernst-ekvationsräknaren är ett verktyg som används för att bestämma cellpotentialen för en elektrokemisk reaktion under icke-standardförhållanden. Den hjälper till att förutsäga hur spänningen i en elektrokemisk cell förändras med variationer i temperatur och koncentration av reaktanter och produkter.

Nernst-ekvationen ger ett sätt att beräkna den faktiska potentialen (E) för en elektrokemisk cell baserat på standardcellpotentialen (E°), temperaturen (T), antalet överförda elektroner (n) och reaktionskvoten (Q).

E = E° - (RT/nF) × ln(Q)

Vid rumstemperatur (25°C eller 298,15 K) förenklas ekvationen ofta som:

E = E° - (0,0592 V / n) × log₁₀(Q)

Hur man använder Nernst-ekvationsräknaren

Räknaren erbjuder två lägen för att beräkna cellpotential:

Standardläge: Tillåter direkt inmatning av standardpotential (E°), temperatur, antal överförda elektroner och reaktionskvot (Q).
Balansreaktionsläge: Möjliggör inmatning av oxidations- och reduktionshalvreaktioner för att automatiskt bestämma standardpotentialen.

Steg för standardläge

Ange standardcellpotentialen (E°) i volt (V).
Specificera antalet överförda elektroner (n) i reaktionen.
Mata in temperaturen i Kelvin (K), Celsius (°C) eller Fahrenheit (°F).
Ange koncentrationen av produkter och reaktanter för att beräkna reaktionskvoten (Q).
Klicka på "Beräkna cellpotential" för att få resultatet.

Steg för balansreaktionsläge

Ange oxidationshalvreaktionen och reduktionshalvreaktionen.
Ange standardpotentialerna för båda halvreaktionerna.
Mata in temperaturen i Kelvin (K), Celsius (°C) eller Fahrenheit (°F).
Ange ämneskoncentrationerna för att beräkna reaktionskvoten (Q).
Klicka på "Beräkna cellpotential" för att se resultaten.

Varför använda Nernst-ekvationsräknaren?

Räknaren är ett användbart verktyg för studenter, forskare och yrkesverksamma inom elektrokemi. Den ger snabba och exakta beräkningar för:

Förutsäga elektrokemiskt cellbeteende: Förstå hur spänningen förändras under olika förhållanden.
Analysera koncentrationsceller: Beräkna potentialskillnader på grund av varierande jonkoncentrationer.
Bestämma pH-nivåer: Används i pH-mätarberäkningar och syra-bas-kemi.
Studera redoxreaktioner: Utvärdera elektronöverföring i kemiska och biologiska system.
Förstå korrosionsprocesser: Bedöm den elektrokemiska stabiliteten hos metaller.

Vanliga frågor (FAQ)

Vad berättar Nernst-ekvationen för oss?

Nernst-ekvationen beräknar den faktiska spänningen i en elektrokemisk cell genom att ta hänsyn till koncentrationseffekter. Den hjälper till att avgöra om en reaktion är spontan eller i jämvikt.

Varför är temperaturen viktig i Nernst-ekvationen?

Temperaturen påverkar reaktionens spontanitet och spänning. Högre temperaturer ökar koncentrationsskillnadernas påverkan på cellpotentialen.

Vad händer när Q = 1?

När reaktionskvoten (Q) är 1 är cellpotentialen lika med standardcellpotentialen (E = E°). Detta innebär att reaktionen är vid standardförhållanden.

Hur påverkar förändrad koncentration cellpotentialen?

Ökad reaktantkoncentration eller minskad produktkoncentration höjer cellpotentialen. Omvänt sänker ökad produktkoncentration eller minskad reaktantkoncentration potentialen.

Kan Nernst-ekvationen förutsäga jämvikt?

Ja. Vid jämvikt är cellpotentialen (E) 0, och Q är lika med jämviktskonstanten (K).

Hur hanterar räknaren temperaturkonvertering?

Räknaren tillåter inmatning i Celsius eller Fahrenheit och konverterar det automatiskt till Kelvin för exakta beräkningar.

Vilken roll spelar antalet överförda elektroner (n)?

Antalet överförda elektroner påverkar storleken på spänningskorrigeringen i Nernst-ekvationen. Ett högre n-värde minskar Q:s påverkan på potentialen.

Slutliga tankar

Nernst-ekvationsräknaren förenklar komplexa elektrokemiska beräkningar och gör det enkelt att bestämma cellpotentialen under olika förhållanden. Oavsett om du är student som studerar kemi eller forskare som analyserar redoxreaktioner, erbjuder detta verktyg ett pålitligt sätt att effektivt beräkna elektrokemiska potentialer.