Nernst-yhtälön ymmärtäminen: avaintyökalu sähkökemialliseen soluanalyysiin

Nernstin yhtälö on matemaattinen kaava, joka kuvaa potentiaalieroa (jännitettä), joka esiintyy sähkökemiallisen kennon poikki epästandardeissa olosuhteissa. Sen kehitti Walther Nernst vuonna 1889, ja sitä käytetään laajalti redox-reaktioihin liittyvien kennojen jännitteen laskemiseen. Nernst-yhtälö ottaa huomioon lähtöaineiden ja tuotteiden pitoisuusgradientit sekä järjestelmän lämpötilan ja tarjoaa Jännitteen tarkempi ennuste kuin yksinkertaisempi Goldman-Marcus-Nernst-yhtälö. Nernst-yhtälö on erityisen hyödyllinen laskettaessa niiden kennojen jännitettä, joissa on useita redox-reaktioita tai jotka toimivat epästandardeissa olosuhteissa, kuten korkeissa lämpötiloissa tai alhaisissa reaktanttien pitoisuuksissa.

Nernst-yhtälö voidaan kirjoittaa seuraavasti:

E = E0 + (RT /nF) ln(Q)

missä:

* E on kennon potentiaaliero (jännite)* E0 on kennon standardipotentiaaliero (25°C:ssa ja 1 atm)
* R on kaasuvakio
* T on järjestelmän lämpötila kelvineissä* n on reaktion aikana siirtyneiden elektronien lukumäärä* F on Faradayn vakio* Q on lähtöaineiden ja tuotteiden pitoisuuksien suhde tasapainotilassa.

Nernstin yhtälö on tehokas työkalu ymmärrykseen sähkökemiallisten kennojen käyttäytymiseen, ja sillä on monia käytännön sovelluksia sellaisilla aloilla kuin energian varastointi, korroosiosuojaus ja bioelektroniikka.