The persamaan Nernst berguna untuk menemukan potensi penurunan di elektroda di bawah kondisi non-standar. Persamaan ini dinamai menurut penciptanya, fisikawan-kimiawan Jerman Walther Hermann Nernst.
Persamaan tersebut memiliki bentuk sebagai berikut:
E = Eº – RT / nF. di (Q)
Dari mana E, mengacu pada potensi elektroda.
Eº = potensial dalam kondisi standar.
R = konstanta gas
T = suhu mutlak (dalam derajat Kelvin).
n = jumlah mol yang berpartisipasi dalam reaksi.
F = Konstanta Faraday (dengan nilai 96.500 C / mol, kira-kira)
Q = hasil bagi reaksi
Jadi, untuk reaksi aA + bB → cC + dD , Q mengadopsi ekspresi:
Q = [C] ^ c. [D] ^ d / [A] ^ a. [B] ^ b
Dalam hal ini [C] dan [D], mengacu pada tekanan parsial, juga dikenal sebagai konsentrasi molar dalam kasus gas atau ion dalam larutan, untuk produk reaksi, sebagai gantinya [A] dan [B], Mereka juga merupakan tekanan parsial tetapi untuk kasus reaktan. Menjadi eksponen, jumlah mol yang membentuk setiap zat yang berpartisipasi dalam reaksi (dikenal sebagai koefisien stoikiometrik), dan zat yang berada dalam keadaan padat diberikan konsentrasi satuan, itulah sebabnya mereka tidak muncul di Q.
Potensi yang dimiliki sel elektrokimia terkait dengan aktivitas reaktan dan produk, ini pada gilirannya terkait dengan konsentrasi molar.
Seringkali ketika membuat perkiraan aktivitas reaktan dan produk, dikatakan bahwa konsentrasi molar keduanya sama, tetapi harus dipertimbangkan bahwa karena keduanya hanya perkiraan, hasilnya dapat menyebabkan kesalahan.
Jadi, untuk reaksi generik yang kita miliki:
aA + bB cC + dD
Untuk reaksi ini, konstanta kesetimbangan adalah K , dan digambarkan sebagai:
K = (BC) ^ c. (aD) ^ d / (aA) ^ a. (aB) ^ b
Q juga didefinisikan sebagai:
Q = (aCin) ^ c. (aDins) ^ d / (aAins) ^ a. (aBin) ^ b
Subskrip “ins” mengacu pada karakter instan dari aktivitas.
Oleh karena itu, Q tidak konstan, tetapi berubah untuk mencapai kesetimbangan, di mana titik , Q = K .
Pada suhu dan tekanan konstan, kerja yang dihasilkan oleh sel dapat ditemukan dengan mengikuti persamaan berikut:
G = RT ln Q – RT ln K = RT ln Q / K
Potensial sel berhubungan dengan variasi energi bebas (ΔG) , melalui persamaan:
G = -n FE cel , di mana F memiliki nilai 96485 coulomb per mol elektron, dan n mengacu pada jumlah elektron yang terlibat dalam proses tersebut.
Dengan menggabungkan kedua persamaan diperoleh:
E cel = – RT / nF. ln. (aCin) ^ c. (aDins) ^ d / (aAins) ^ a. (aBins) ^ b + RT / nF ln K
Dimana potensial standar untuk elektroda sel (Eº cel) dinyatakan dengan:
RT / nF ln K
Dengan cara ini persamaan Nernst menghasilkan:
E cel = Eº cel – RT / nF. ln. (aCin) ^ c. (aDins) ^ d / (aAins) ^ a. (aBin) ^ b
Dapat dibuktikan bahwa ketika reaktan, atau produk memiliki nilai yang membuat Q = 1 , potensial sel akan sama dengan potensial standar. Dengan cara ini ekspresi akhirnya diperoleh:
E cel = Eº cel – ln [C] ^ c [D] ^ d / [A] ^ a [B] ^ b