Persamaan Nernst

Potret ilmuwan Jerman Walther Nernst pada tahun 1910-an.

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. 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.

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, Templat:Math berhubungan dengan perubahan energi bebas dalam keadaan standar Templat:Math melalui persamaan

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

yang dalam persamaan di atas, Templat:Mvar adalah hasil bagi reaksi. Potensial elektrokimiawi Templat:Mvar yang terkait dengan reaksi elektrokimia didefinisikan sebagai berkurangnya energi bebas Gibbs per coulomb muatan yang dipindahkan, yang mengarah pada persamaan

$\mathrm{\Delta }G=-zFE.$

Konstanta Templat:Mvar (konstanta Faraday) adalah faktor konversi satuan Templat:Math, dengan Templat:Math merupakan bilangan Avogadro dan Templat:Mvar adalah muatan elektron dasar. Persamaan ini kemudian mengarah pada persamaan Nernst.

Persamaan Nernst untuk reaksi setengah-sel elektrokimia adalah

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

Untuk keseluruhan reaksi elektrokimia (sel penuh), persamaan ini dapat ditulis sebagai

$E_{\text{cell}}=E_{\text{cell}}^{\ominus }-\frac{RT}{zF}\ln Q_r,$    (potensial sel total)

yang dalam persamaan di atas,

Templat:Math adalah potensial reduksi setengah-sel pada suhu yang diinginkan,

Templat:Math adalah potensial reduksi setengah-sel standar,

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

Templat:Math adalah potensial sel standar,

Templat:Mvar adalah konstanta gas universal: Templat:Math,

Templat:Mvar adalah suhu dalam kelvins,

Templat:Mvar adalah aktivitas kimia untuk spesi terkait, dengan Templat:Math adalah aktivitas bentuk tereduksi dan Templat:Math adalah aktivitas bentuk teroksidasi. Serupa dengan konstanta kesetimbangan, aktvitas selalu diukur dalam keadaan standar (1 mol/L untuk zat terlarut, 1 atm untuk gas). Aktivitas spesi x, Templat:Math, dapat dikaitkan dengan konsentrasi fisiknya Templat:Math melalui persamaan Templat:Math, dengan Templat:Math adalah koefisien aktivitas spesi X. Karena koefisien aktivitas cenderung menyatu pada suhu rendah, aktivitas dalam persamaan Nernst terkadang digantikan dengan konsentrasi sederhana.

Templat:Mvar adalah konstanta Faraday, jumlah coulomb per mol elektron: Templat:Math,

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

Templat:Math adalah hasil bagi reaksi sel.

Pada suhu ruangan (25 °C), Templat:Math 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:

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

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

Lihat pula

• Sel konsentrasi
• Potensial reduksi
• Sel Galvani
• Jembatan garam
• Persamaan Goldman
• Potensial membran
• Persamaan Nernst–Planck
• Elektron terlarut

Daftar pustaka

• Templat:Cite book
• Templat:Cite book
• Templat:Cite book
• Templat:Cite book
• Templat:Cite book
• Templat:Cite book

Pranala luar

• Templat:En Nernst/Goldman Simulator Persamaan Templat:Webarchive
• Templat:En Kalkulator Persamaan Nernst
• Templat:En Interactive Nernst/Goldman Java Applet
• Templat:En DoITPoMS Teaching and Learning Package- "The Nernst Equation and Pourbaix Diagrams"