Wirtualne laboratorium/Chemia/Elektrochemia/Równanie Nernsta — SEM a stężenie
Nobel 1920 — Nernst

Równanie Nernsta — SEM a stężenie

SEM ogniwa nie jest stała — zależy od stężeń jonów. Opisuje to równanie Nernsta: E = E° − (RT/nF)·ln Q. Zwiększenie stężenia jonów przy katodzie podnosi SEM; przy stężeniach standardowych (1 mol/dm³) człon logarytmiczny znika i E = E°. Na tym opiera się ogniwo stężeniowe. Zmień stężenia półogniw i temperaturę.

Równanie Nernsta — SEM a stężenie
Chemia · Elektrochemia · Równanie Nernsta (CHE.ELCH)
Katoda [Cu2+][\mathrm{Cu}^{2+}]0.100 mol/dm³
Anoda [Zn2+][\mathrm{Zn}^{2+}]0.100 mol/dm³
Temperatura TT298 K
Zwiększasz stężenie jonów przy katodzie (Cu²⁺). SEM ogniwa:
[Cu²⁺] katoda
0.100
[Zn²⁺] anoda
0.100
iloraz Q
1.000
SEM E
1.100 V
🎯 Wyzwanie: trafuj SEM
seria: 0

Dam Ci docelowe napięcie ogniwa — dobierz stężenia Cu²⁺, Zn²⁺ i temperaturę, by je uzyskać. E = E° − (RT/nF)·ln Q.

Co się właśnie stało?

Podniosłeś stężenie Cu²⁺ przy katodzie. Iloraz Q=[Zn2+]/[Cu2+]Q = [\mathrm{Zn}^{2+}]/[\mathrm{Cu}^{2+}] zmalał, więc odejmowany człon logarytmiczny się skurczył, a napięcie ogniwa (SEM) wzrosło ponad wartość standardową E∘=1,10 VE^\circ = 1{,}10\ \mathrm{V}.

Równanie Nernsta:

E=E∘−RTnF ln⁡QE = E^\circ - \dfrac{RT}{nF}\,\ln Q

— potencjał ogniwa zależy od stężeń. Dla reakcji Zn+Cu2+→Zn2++Cu\mathrm{Zn} + \mathrm{Cu}^{2+} \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+} + \mathrm{Cu} mamy Q=[Zn2+]/[Cu2+]Q = [\mathrm{Zn}^{2+}]/[\mathrm{Cu}^{2+}], n=2n = 2, R=8,314 Jmol⋅KR = 8{,}314\ \tfrac{\mathrm{J}}{\mathrm{mol\cdot K}}, F=96500 CmolF = 96500\ \tfrac{\mathrm{C}}{\mathrm{mol}}.

Kiedy SEM = E°?

E=E∘  gdy  Q=1E = E^\circ \ \text{ gdy }\ Q = 1

Przy stężeniach standardowych (1 mol/dm³ dla wszystkich jonów) Q=1Q = 1, więc ln⁡Q=0\ln Q = 0 i człon logarytmiczny znika — zostaje samo E∘E^\circ. To samo dzieje się zawsze, gdy oba stężenia są jednakowe.

Ogniwo stężeniowe i równowaga:

Nawet dwie identyczne elektrody dają niezerową SEM, jeśli różnią się stężeniem jonów — to ogniwo stężeniowe. Gdy reakcja dobiegnie równowagi, Q=KQ = K, a E=0E = 0 — ogniwo się „wyczerpuje".

Po co Ci to na maturze:

Zadania typu „jak zmieni się SEM, gdy…" rozwiązujesz jednym chwytem: zapisz QQ (produkty/substraty), sprawdź, czy rośnie czy maleje, i pamiętaj — Q ⁣↑⇒E ⁣↓Q\!\uparrow \Rightarrow E\!\downarrow. Znak członu (RT/nF)ln⁡Q(RT/nF)\ln Q mówi wszystko.

Zapamiętaj: SEM rośnie, gdy reagentów (Cu²⁺) przybywa, a maleje, gdy przybywa produktów (Zn²⁺). Przy Q=1Q = 1 zostaje samo E∘E^\circ.

Model poglądowy · Wirtualne laboratorium NexTutor

Spodobał Ci się eksperyment? Udostępnij go.

Jest darmowy — podeślij znajomym ze szkoły.

Teoria i wzory

SEM zależy od stężeń

Potencjał (i SEM) ogniwa nie jest stały — zmienia się ze stężeniami jonów. Opisuje to równanie Nernsta: E=E∘−R Tn F ln⁡QE = E^\circ - \dfrac{R\,T}{n\,F}\,\ln Q

Postać w 298 K

Po podstawieniu stałych i przejściu na logarytm dziesiętny: E=E∘−0,059n log⁡QE = E^\circ - \dfrac{0{,}059}{n}\,\log Q Przy stężeniach standardowych (1 mol/dm31\ \mathrm{mol/dm^3}) człon logarytmiczny znika i E=E∘E = E^\circ. Wzrost stężenia jonów przy katodzie podnosi SEM.

Ogniwo stężeniowe i równowaga

Ogniwo o identycznych elektrodach, lecz różnych stężeniach, daje SEM wyłącznie z różnicy stężeń. Gdy Q=KQ = K (równowaga), E=0E = 0 — ogniwo się wyczerpuje.

Oznaczenia: EE — potencjał rzeczywisty, E∘E^\circ — standardowy, RR — stała gazowa, TT — temperatura (K), nn — liczba elektronów, FF — stała Faradaya, QQ — iloraz reakcji.

Uczysz? Umieść ten eksperyment na swojej stronie.

Darmowy widget — wklej na stronę szkoły, bloga lub notatki. Linkuje do pełnej wersji.

Uczysz w klasie albo korepetujesz? Prowadź uczniów w NexTutor →

Najczęstsze pytania

›

Czym różni się E od E°?

E° to potencjał w warunkach standardowych (stężenia 1 mol/dm³); E to potencjał rzeczywisty przy danych stężeniach, liczony z równania Nernsta.

›

Co to ogniwo stężeniowe?

Ogniwo z identycznymi elektrodami, ale różnymi stężeniami jonów — SEM wynika wyłącznie z różnicy stężeń.

›

Kiedy SEM = 0?

Gdy układ osiąga równowagę (Q = K) — reakcja nie może już wykonać pracy, ogniwo się wyczerpuje.

Teoria (klasa): CHE.2.5.2 → Lekcja maturalna: CHE.M.5.3 → Wzór w tablicach →

Powiązane eksperymenty

Ogniwo Daniella — przepływ elektronów i migracja jonów →Ogniwo litowo-jonowe — jak działa akumulator →Szereg aktywności metali — reakcje wypierania →Stężenie roztworu i rozcieńczanie — wzór c = n/V →