Persamaan Nernst

Dalam elektrokimia, persamaan Nernst adalah suatu persamaan yang menghubungkan potensial reduksi dari suatu reaksi elektrokimia (reaksi setengah-sel atau sel penuh) dengan potensial elektrode standar, suhu, dan aktivitas (terkadang didekati dengan konsentrasi) dari spesi kimia yang mengalami reduksi dan oksidasi.^[1] Persamaan ini merupakan persamaan yang paling penting di bidang elektrokimia. Persamaan ini dinamai dari Walther Nernst, seorang kimiawan fisik asal Jerman yang merumuskan persamaan ini.^[2]^[3]^[4]

Ekspresi

Persamaan Nernst diturunkan dari perubahan energi bebas Gibbs standar yang terkait dengan perubahan elektrokimia. Untuk semua reaksi reduksi elektrokimia memiliki bentuk

Ox + z e⁻ → Red

termodinamika standar menyatakan bahwa perubahan energi bebas yang sebenarnya, $Δ G$ berhubungan dengan perubahan energi bebas dalam keadaan standar $Δ G o$ melalui persamaan^[5]^[6]

\Delta G=\Delta G^{\ominus }+RT\ln Q,

yang dalam persamaan di atas, $Q$ adalah hasil bagi reaksi. Potensial elektrokimiawi $E$ yang terkait dengan reaksi elektrokimia didefinisikan sebagai berkurangnya energi bebas Gibbs per coulomb muatan yang dipindahkan, yang mengarah pada persamaan^[7]^[8]

\Delta G=-zFE.

Konstanta $F$ (konstanta Faraday) adalah faktor konversi satuan $F = N A q$ , dengan $N A$ merupakan bilangan Avogadro dan $q$ adalah muatan elektron dasar. Persamaan ini kemudian mengarah pada persamaan Nernst.

Persamaan Nernst untuk reaksi setengah-sel elektrokimia adalah^[1]

E_{\text{red}}=E_{\text{red}}^{\ominus }-{\frac {RT}{zF}}\ln Q=E_{\text{red}}^{\ominus }-{\frac {RT}{zF}}\ln {\frac {a_{\text{Red}}}{a_{\text{Ox}}}}.

Untuk keseluruhan reaksi elektrokimia (sel penuh), persamaan ini dapat ditulis sebagai^[7]

E_{\text{cell}}=E_{\text{cell}}^{\ominus }-{\frac {RT}{zF}}\ln Q_{r},

(potensial sel total)

yang dalam persamaan di atas,

E red

adalah potensial reduksi setengah-sel pada suhu yang diinginkan,

E o red

adalah potensial reduksi setengah-sel standar,

E cell

adalah potensial listrik (gaya gerak listrik) pada suhu yang diinginkan,

E o cell

adalah potensial sel standar,

R

adalah konstanta gas universal:

R = 8,314472 (15) J K -1 mol -1

,

T

adalah suhu dalam kelvins,

a

adalah aktivitas kimia untuk spesi terkait, dengan

a Red

adalah aktivitas bentuk tereduksi dan

a Ox

adalah aktivitas bentuk teroksidasi. Serupa dengan konstanta kesetimbangan, aktvitas selalu diukur dalam keadaan standar (1 mol/L untuk zat terlarut,^[9] 1 atm untuk gas). Aktivitas spesi x,

a X

, dapat dikaitkan dengan konsentrasi fisiknya

c X

melalui persamaan

a X = γ X c X

, dengan

γ X

adalah koefisien aktivitas spesi X. Karena koefisien aktivitas cenderung menyatu pada suhu rendah, aktivitas dalam persamaan Nernst terkadang digantikan dengan konsentrasi sederhana.

F

adalah konstanta Faraday, jumlah coulomb per mol elektron:

F = 9,648533 99

(24)×10⁴ C mol⁻¹,

z

adalah jumlah elektron yang dipindahkan dari reaksi sel atau reaksi setengah-sel,

Q r

adalah hasil bagi reaksi sel.

Pada suhu ruangan (25 °C), $RT F$ dapat dianggap konstan dan digantikan dengan 25.693 mV untuk sel.

Persamaan Nernst terkadang dinyatakan dalam logaritma basis-10 (yaitu, logaritma umum) daripada logaritma natural, dalam hal ini sering dituliskan, untuk suatu sel pada suhu 25 °C:^[10]^[11]

E=E^{0}+{\frac {0.059\;{\text{V}}}{z}}\log _{10}{\frac {a_{\text{Ox}}}{a_{\text{Red}}}}.

Persamaan Nernst digunakan dalam fisiologi untuk menemukan potensial listrik dari suatu membran sel terhadap satu jenis ion.

Lihat pula

Referensi

^ ^a ^b Oxtoby, Gillis & Butler (2015), hlm. 709.
^ Orna, Mary Virginia; Stock, John (1989). Electrochemistry, Past and Present (dalam bahasa Inggris). Columbus, OH: American Chemical Society. ISBN 978-0-8412-1572-6. OCLC 19124885.
^ Wahl, D. (2005). "A Short History of Electrochemistry". Galvanotechtnik (dalam bahasa Inggris). 96 (8): 1820–1828.
^ Nobel Lectures in Chemistry (1999), hlm. 363.
^ Ebbing & Gammon (2007), hlm. 826.
^ Oxtoby, Gillis & Butler (2015), hlm. 703.
^ ^a ^b Swaddle (1997), hlm. 288.
^ Crow (1994), hlm. 93-94.
^ Swaddle (1997), hlm. 289.
^ Wiberg, Wiberg & Holleman (2001), hlm. 210.
^ Ebbing & Gammon (2007), hlm. 827.

Daftar pustaka

Crow, D.R. (1994). Principles and Applications of Electrochemistry (dalam bahasa Inggris) (edisi ke-4). Boca Raton, FL: CRC Press. ISBN 0-748-74378-2.
Ebbing, Darrell D.; Gammon, Steven D. (2007). General Chemistry (dalam bahasa Inggris). ISBN 0-618-73879-7.
Nobel Lectures in Chemistry (dalam bahasa Inggris). Volume 1. World Scientific. 1999. ISBN 981-02-3405-8.
Oxtoby, David W.; Gillis, H. Pat; Butler, Laurie J. (2015). Principles of Modern Chemistry (dalam bahasa Inggris) (edisi ke-8). Belmont: Cengage Learning. ISBN 1-305-46509-1.
Swaddle, Thomas Wilson (1997). Inorganic Chemistry: An Industrial and Environmental Perspective (dalam bahasa Inggris). Academic Press. ISBN 0-12-678550-3.
Wiberg, Egon; Wiberg, Nils; Holleman, Arnold Frederick (2001). Inorganic Chemistry (dalam bahasa Inggris). Academic Press. ISBN 0-12-352651-5.

Pranala luar

(Inggris) Nernst/Goldman Simulator Persamaan Diarsipkan 2010-08-08 di Wayback Machine.
(Inggris) Kalkulator Persamaan Nernst
(Inggris) Interactive Nernst/Goldman Java Applet
(Inggris) DoITPoMS Teaching and Learning Package- "The Nernst Equation and Pourbaix Diagrams"

[oxtoby709-1] Oxtoby, Gillis & Butler (2015), hlm. 709.

[isbn0-8412-1572-3-2] Orna, Mary Virginia; Stock, John (1989). Electrochemistry, Past and Present (dalam bahasa Inggris). Columbus, OH: American Chemical Society. ISBN 978-0-8412-1572-6. OCLC 19124885.

[Wahl2005-3] Wahl, D. (2005). "A Short History of Electrochemistry". Galvanotechtnik (dalam bahasa Inggris). 96 (8): 1820–1828.

[4] Nobel Lectures in Chemistry (1999), hlm. 363.

[5] Ebbing & Gammon (2007), hlm. 826.

[6] Oxtoby, Gillis & Butler (2015), hlm. 703.

[swaddle288-7] Swaddle (1997), hlm. 288.

[8] Crow (1994), hlm. 93-94.

[9] Swaddle (1997), hlm. 289.

[10] Wiberg, Wiberg & Holleman (2001), hlm. 210.

[11] Ebbing & Gammon (2007), hlm. 827.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]