L'équation de Nernst

Une cellule galvanique zinc-cuivre dans des conditions standard a un potentiel cellulaire de 1.10 volts et une valeur ΔG de 212 kilojoules, indiquant qu'il fonctionne spontanément. Cependant, comme la concentration du réactif change lors de la décharge cellulaire, il conduit à une diminution progressive du potentiel cellulaire jusqu'à ce que la réaction s'arrête complètement. Des conditions comme celles-ci sont dites non standard.

Ici, les valeurs standards établies du potentiel cellulaire, de l'énergie libre de Gibbs et de constante de l'équilibre ne sont plus valides. Des conditions non standard prévalent dans de nombreuses réactions allant des réactions redox aux gradients ioniques dans les membranes neuronales. Mais comment est un potentiel cellulaire précis déterminé dans de tels systèmes?

Si la concentration d'un réactif est supérieure, et la concentration d'un produit est plus petite par rapport aux conditions standard, alor le Principe de Le Châtelier est utilisé pour déterminer la direction de la réaction de manière qualitative;cependant, il ne peut pas être utilisé pour quantifier le potentiel cellulaire divergente. Ainsi, cela nécessite d'établir une relation entre les potentiels cellulaires pour les cellules dans des conditions standard et non standard. Rappelez-vous que l'énergie libre change dans des conditions standard et non standard sont liées.

Substituer l'équation du changement d'énergie libre avec le potentiel cellulaire entraînant une équation modifiée connue sous le nom d'équation de Nernst. L'équation de Nernst détermine comment le potentiel cellulaire diffère de sa valeur standard en fonction de leur nombre d'électrons transférés, température et composition de la réaction. Le quotient de réaction Q, explique pour le changement d'énergie libre dû à la différence dans la composition des mélanges réactionnels.

Si les réactifs sont solides, Q est omis. Dans des conditions d'état standard, la valeur de Q est l'unité et la concentration de réactifs et de produits est égal. Le log de un est zéro, donc le potentiel cellulaire est égal au potentiel cellulaire standard.

Une valeur Q inférieure à un indique une concentration plus élevée de réactifs par rapport aux produits, qui change l'équilibre vers la droite, augmentant le potentiel cellulaire. Une valeur Q supérieure à un indique le produit plus élevé à la concentration du réactif, entraînant la réaction vers la gauche et reduisant le potentiel cellulaire. A l'équilibre, la valeur Q est égale à K, et le potentiel cellulaire devient nul.

L'équation de Nernst explique pourquoi les batteries électrochimiques meurent"post-décharge:à mesure que la concentration du réactif diminue, la cellule s'approche des conditions d'équilibre et son potentiel diminue à zéro.