18.6
كمون خلية الزنك والنحاس الجلفانية في ظروف معيارية يبلغ 1.10 فولت،وتبلغ قيمة دلتا G سالب 212 كيلو جول،مما يدل على أنها تعمل تلقائيًا. إلّا أن التغير في تركيز المواد المتفاعلة أثناء تفريغ الخلية،يؤدي إلى انخفاض تدريجي في كمون الخلية إلى أن يتوقف التفاعل تمامًا. مثل هذه الظروف تُسمى غير معيارية.
هنا،القيم المعيارية المُحددة وهي كمون الخلية،وطاقة غيبس الحرة،وثابت التوازن،لم تعد صحيحة. الظروف غير المعيارية،سائدة في العديد من التفاعلات،من تفاعلات التأكسد والاختزال حتى تدرج الأيونات في أغشية الخلايا العصبية. ولكن كيف يُحدد كمون خلية دقيق في مثل هذه الأنظمة؟إذا كان تركيز مادة متفاعلة أعلى،وكان تركيز أحد النواتج أصغر مقارنة بالظروف المعيارية،يُستخدم مبدأ لو شاتليه لتحديد اتجاه التفاعل نوعيّا،لكن لا يمكن استخدامه لتحديد الانحراف في كمون الخلية من الناحية الكمية.
بالتالي فهذا يحتم إنشاء علاقة،بين قيم كمون الخلية للخلايا،في الظروف المعيارية وغير المعيارية. تذكروا وجود علاقة بين التغيرات في الطاقة الحرة في الظروف المعيارية وغير المعيارية. استبدال معادلة التغير في الطاقة الحرة بكمون الخلية،يؤدي إلى معادلة معدّلة،تُعرف بمعادلة نرنست.
تُحدد معادلة نرنست كيف يختلف الكمون الكهربائي للخلية عن قيمتها المعيارية،وفقًا لعدد الإلكترونات المنتقلة،ودرجة الحرارة،وتركيبة التفاعل. حاصل التفاعل،Q،يفسر التغير في الطاقة الحرة نتيجة اختلاف تركيبة خليط التفاعل. إذا كانت المواد المتفاعلة صلبة،تُحذف Q.في الظروف المعيارية،تكون قيمة Q هي ويكون تركيز المواد المتفاعلة والنواتج متساويان.
لوغاريتم العدد 1 هو صفر،لذا فإن الكمون الكهربائي للخلية يساوي الكمون القياسي. إذا كانت قيمة Q أقل من 1،فهذا يدل على تركيز أعلى للمواد المتفاعلة مقارنة بالنواتج،مما يحرك التوازن باتجاه اليمين،فيزداد الكمون الكهربائي للخلية. وإذا كانت Q أكبر من 1،فهذه دلالة على أن تركيز النواتج أعلى من تركيز المواد المتفاعلة مما يُحرّك التفاعل نحو اليسار ويؤدي إلى انخفاض كمون الخلية.
في حالة التوازن تكون قيمة Q مساوية لقيمة K،ويصبح الكمون الكهربائي للخلية صفرًا. توضح معادلة نرنست سبب موت"البطاريات الكهروكيميائية بعد تفريغ شحنتها:عندما ينخفض تركيز المادة المتفاعلة،تقترب الخلية من ظروف التوازن وينخفض كمونها الكهربائي إلى صفر.
شروط رد الفعل غير القياسي
الترابط بين إمكانات الخلية القياسية ومختلف المعلمات الديناميكية الحرارية مثل تغيير الطاقة الحرة القياسي & # 916 ؛ G & # 176…
حقوق الطبع والنشر © 2026 MyJoVE Corporation. جميع الحقوق محفوظة.