Kalkulator Persamaan Nernst

Potensi elektroda standar E° ditentukan untuk satu rangkaian kondisi tertentu — setiap spesies pada 1 M (atau 1 atm untuk gas) dan 298 K. Sel sebenarnya hampir tidak pernah berada tepat pada kondisi tersebut: konsentrasi reaktan turun dan konsentrasi produk meningkat seiring dengan pelepasan daya baterai, dan sistem industri atau biologi jarang dimulai pada 1 M. Suku −(RT/nF)·lnQ pada persamaan Nernst adalah koreksi yang menggeser potensial menjauh dari E° sebanding dengan seberapa jauh hasil bagi reaksi aktual Q dari 1. Ketika Q < 1 (kondisi yang lebih mirip reaktan daripada standar), suku menjadi positif dan E naik di atas E°; ketika Q > 1, E turun di bawah E°. Inilah sebabnya mengapa voltase baterai melorot saat baterai habis — Q meningkat seiring penggunaan reaktan dan produk yang terakumulasi.

Karena R, F, dan ln(10) semuanya konstanta, persamaan logaritma Nernst dapat ditulis ulang dengan logaritma basis 10: E = E° − (0,05916/n)·log₁₀Q, dengan 0,05916 V secara sederhana RT/F·ln(10) dievaluasi pada 298,15 K. Ini adalah versi yang paling sering diajarkan pertama kali karena log₁₀ lebih intuitif untuk rasio konsentrasi yang pangkatnya sepuluh. Hasil tangkapannya adalah 0,05916 hanya benar pada suhu kamar — pada suhu tubuh (310 K) atau proses industri yang panas, koefisiennya sangat berbeda, dan rumus lengkap dengan T aktual harus digunakan sebagai gantinya. Tab Potensi Sel di atas menghitung keduanya sehingga Anda dapat melihat dengan tepat seberapa dekat keduanya pada suhu yang Anda pilih.

Karena voltmeter dapat mengukur E secara langsung, persamaan Nernst sering digunakan secara terbalik: jika diketahui E°, n, T, dan potensial sel yang diukur, selesaikan Q = exp((E° − E)·nF/RT). Ini adalah prinsip kerja di balik sensor berbasis konsentrasi, termasuk elektroda pH kaca, yang merupakan sel konsentrasi yang tegangan terukurnya diubah menjadi konsentrasi ion hidrogen melalui inversi ini. Tab Reaction Quotient mengimplementasikan penataan ulang ini secara langsung.

Cara mudah untuk melihat istilah Nernst secara terpisah adalah sel konsentrasi — dua setengah sel yang dibuat dari elektroda identik dan ion identik, hanya berbeda dalam konsentrasinya. Karena kedua setengah reaksinya sama, tepatnya E° = 0, namun sel masih menghasilkan tegangan nyata dan terukur yang seluruhnya didorong oleh perbedaan konsentrasi melalui suku lnQ. Prinsip yang sama ini — tegangan yang timbul dari gradien konsentrasi ion dan bukan dari reaksi kimia — juga merupakan cara kerja potensial membran istirahat dalam sel saraf dan otot (persamaan Nernst yang diterapkan pada spesies ion tunggal kadang-kadang disebut potensial Nernst dalam konteks biologis tersebut).

Persamaan Nernst mengasumsikan perilaku ideal — bahwa konsentrasi dapat digunakan secara langsung sebagai pengganti aktivitas termodinamika. Pada kekuatan ionik yang tinggi (larutan pekat), perbedaan antara konsentrasi dan aktivitas menjadi signifikan dan prediksi persamaan menyimpang dari nilai terukur; pekerjaan yang lebih ketat menggantikan aktivitas ion yang dikoreksi dengan koefisien aktivitas. Persamaan ini juga mengasumsikan reaksi elektroda berada pada kesetimbangan lokal (tidak ada arus signifikan yang ditarik) — di bawah beban, kehilangan tegangan tambahan dari resistansi dan kinetika reaksi (potensial berlebih) membuat tegangan terminal sebenarnya lebih rendah dari prediksi Nernst. Meskipun ada peringatan ini, persamaan tersebut tetap menjadi titik awal standar untuk tegangan baterai, potensi korosi, dan sensor apa pun yang dibangun pada setengah sel elektrokimia.