A Equação de Nernst

Uma célula galvânica de zinco-cobre em as condições normais têm um potencial celular de 1, 10 volts e um valor ΔG de 212 kilojoules, indicando que funciona de forma espontânea. No entanto, como a concentração do reagente se altera durante a descarga da célula, leva a uma diminuição gradual do potencial celular até que a reação pare completamente. Condições como estas são chamadas de não-padrão.

Aqui, os valores padrão estabelecidos do potencial celular, da energia livre de Gibbs e da constante de equilíbrio já não são válidos. As condições não padrão são prevalecentes em muitas reações que vão desde as reações redox a gradientes de íons em membranas neuronais. Mas como é que um potencial celular é determinado em tais sistemas.

Se a concentração de um reagente for maior, e a concentração de um produto for menor em comparação a condições normais, então é utilizado o princípio de Le Châtelier para determinar a direção da reação qualitativamente;contudo, não pode ser utilizado para quantificar o potencial celular desviante. Assim, isto requer estabelecer uma relação entre os potenciais da célula para as células sob condições padrão e não padrão. Recordemos que as alterações da energia livre sob condições padrão e não padrão estão relacionadas.

Substituindo a equação da alteração na energia livre com o potencial da célula resulta numa equação modificada conhecida como a equação de Nernst. A equação de Nernst determina como o potencial celular difere do seu valor padrão, dependendo do número de eletróns transferidos, temperatura e composição da reação. O quociente Q da reação, considera a alteração na energia livre devido à diferença na composição das misturas da reação.

Se os reagentes forem sólidos, Q é omitido. Em condições de estado normais, o valor de Q é unidade e a concentração de reagentes e produtos é igual. O logaritmo de um é zero, por isso o potencial celular é igual ao potencial celular padrão.

Um Valor Q inferior a um indica uma concentração mais elevada de reagentes em comparação com os produtos, que desloca o equilíbrio para a direita, aumentando o potencial celular. Um valor Q superior a um indica um produto superior à concentração reagente, levando a reação para a esquerda e baixando o potencial celular. Em equilíbrio, o valor Q é igual a K, e o potencial celular torna-se zero.

A equação de Nernst explica porque as baterias eletroquímicas morrem"após-descarga:à medida que a concentração reagente diminui, a célula aproxima-se das condições de equilíbrio e o seu potencial diminui para zero.