DE 
English
Українська
Polski
Español
日本語
Italiano
Português (BR)
Français
العربية
Nederlands
中文
한국어
हिन्दी
Türkçe
Tiếng Việt
Русский
Bahasa Indonesia
فارسی
বাংলা
ไทย
Filipino
Kiswahili
اردو
Bahasa Melayu
தமிழ்
עברית
Ελληνικά
ਪੰਜਾਬੀ
አማርኛ
မြန်မာဘာသာ
ខ្មែរ
ქართული
नेपाली
Монгол хэл
Հայերեն
සිංහල
ລາວ
Čeština
Română
Magyar
Български
Svenska
Dansk
Suomi
Norsk
Slovenčina
Hrvatski
Српски
Slovenščina
Lietuvių
Latviešu
Eesti
Íslenska
Shqip
Македонски
Bosanski
Malti
Azərbaycanca
Қазақша
O'zbekcha
Тоҷикӣ
Кыргызча⚡ Nernst-Gleichung
Erkunde die Nernst-Gleichung E = E° − (RT/nF)ln(Q). Passe Konzentrationen, Temperatur und Elektronenzahl an, um zu sehen, wie sich die Zellspannung ändert. Simuliere Zn/Cu-, Fe²⁺/Fe³⁺- und pH-Meter-Halbzellen interaktiv.
Über den Nernst-Gleichung-Simulator
Diese Simulation zeigt, wie das Potential einer elektrochemischen (galvanischen) Zelle von Konzentration und Temperatur abhängt und nicht nur vom Standardwert. Sie wird durch die Nernst-Gleichung bestimmt, E = E° − (RT/nF)·ln Q, wobei E° das Standardzellpotential ist, R die Gaskonstante (8,314 J mol⁻¹ K⁻¹), F die Faraday-Konstante (96485 C mol⁻¹), n die übertragenen Elektronen und Q der Reaktionsquotient.
Du wählst eine Halbzellen-Voreinstellung (Zn/Cu, Fe²⁺/Fe³⁺, H₂/H⁺ oder MnO₄⁻/Mn²⁺) und passt dann die Konzentrationen der oxidierten und reduzierten Spezies (10⁻³ bis 10 M), die Temperatur (200–400 K) und n (1–6) an. Live-Anzeigen liefern E°, Q, ln Q, E und ΔG = −nFE, mit Ansichten für Zelle, E gegen ln Q und E gegen T. Das Prinzip liegt Batterien, Brennstoffzellen, pH-Metern und ionenselektiven Sensoren zugrunde.
Häufig gestellte Fragen
Was ist die Nernst-Gleichung?
Die Nernst-Gleichung setzt das tatsächliche Potential einer elektrochemischen Zelle in Beziehung zu ihrem Standardpotential und den Konzentrationen der reagierenden Spezies. Sie lautet E = E° − (RT/nF)·ln Q, was zeigt, dass sich die Zellspannung vom E° entfernt, sobald die Bedingungen vom Standardzustand (1 M, 25 °C) abweichen.
Wofür stehen E°, n und Q?
E° ist das Standardzellpotential, gemessen bei allen Spezies mit 1 M, 298 K und 1 atm. Der Wert n ist die Anzahl der übertragenen Elektronen in der ausgeglichenen Redoxreaktion. Q ist der Reaktionsquotient, das Verhältnis von Produkt- zu Edukt-Aktivitäten; in diesem Modell wird es als Verhältnis der oxidierten zur reduzierten Konzentration angenommen.
Wie verändern die Regler das Ergebnis?
Die Konzentrationsregler bewegen sich auf einer logarithmischen Skala von 0,001 M bis 10 M und verändern dadurch Q und somit E. Eine Erhöhung der Temperatur vergrößert den RT/nF-Vorfaktor und macht die Steigung von E gegenüber ln Q steiler. Eine Erhöhung von n verkleinert diesen Vorfaktor, sodass jede Verzehnfachung von Q eine kleinere Verschiebung von E bewirkt.
Warum ist E gleich E°, wenn Q gleich eins ist?
Wenn die oxidierten und reduzierten Konzentrationen gleich sind, ist Q = 1 und ln Q = 0, sodass der gesamte Korrekturterm (RT/nF)·ln Q verschwindet. Die Zelle arbeitet dann exakt bei ihrem Standardpotential E°. Deshalb wird der Standardzustand mit allen Spezies bei 1 M definiert.
Was ist die Zahl 0,05916, die ich in Lehrbüchern sehe?
Bei 298 K ergibt der Term RT/F multipliziert mit ln(10) etwa 0,05916 V. Dadurch lässt sich die Gleichung als E = E° − (0,05916/n)·log₁₀ Q umschreiben, eine praktische Basis-10-Form. Der Simulator verwendet die vollständige natürliche Logarithmusform, sodass sein Koeffizient 0,02570/n dieselbe Größe vor der Umrechnung in log₁₀ ist.
Wie wird ΔG hier berechnet?
Die Änderung der Gibbs-Energie ergibt sich aus ΔG = −nFE, unter Verwendung des aktuellen Zellpotentials E. Ein positives E ergibt ein negatives ΔG, was bedeutet, dass die Reaktion spontan abläuft und die Zelle elektrische Arbeit leisten kann. Der Messwert wird durch 1000 geteilt, um Kilojoule pro Mol anzuzeigen.
Ist die Simulation physikalisch akkurat?
Sie verwendet den exakten Nernst-Ausdruck mit den korrekten Konstanten und den Standardpotentialen gängiger Halbzellen, sodass die Trends und Größenordnungen realistisch sind. Sie nähert jedoch Aktivitäten durch Konzentrationen an und ignoriert Diffusionspotentiale, Ionenpaarung und Elektrodenkinetik, die bei hoher Konzentration oder extremen Bedingungen relevant sind.
Warum ändert eine Temperaturerhöhung die Spannung?
Die Temperatur erscheint im RT/nF-Faktor und skaliert damit, wie stark die Konzentration das Potential beeinflusst. Ist Q ungleich eins, verschiebt eine Erhöhung von T das E weiter von E° weg; ist Q gleich eins, hat die Temperatur keine Wirkung, da der gesamte Korrekturterm null ist. Die Ansicht E gegen T verdeutlicht dies direkt.
Wie hängt das mit einem pH-Meter zusammen?
Ein pH-Meter ist eine Wasserstoff- oder Glaselektrode, deren Potential der Nernst-Gleichung bezüglich der H⁺-Konzentration folgt. Die H₂/H⁺-Voreinstellung zeigt, wie die Spannung dem Logarithmus der Wasserstoffionen-Aktivität folgt, was genau das ist, was einer kalibrierten Elektrode erlaubt, aus einem gemessenen Potential den pH-Wert abzulesen.
Was passiert, wenn sich die Zelle dem Gleichgewicht nähert?
Während die Reaktion fortschreitet, werden Edukte verbraucht und Q steigt in Richtung der Gleichgewichtskonstante K. Das Zellpotential E fällt, bis es null erreicht; an diesem Punkt ist Q = K und es fließt kein weiterer Nettostrom mehr. Eine leere Batterie ist einfach eine Zelle, deren Reaktionsquotient seinen Gleichgewichtswert erreicht hat.
Welche realen Systeme nutzen diese Halbzellen?
Die Zn/Cu-Daniell-Zelle ist eine klassische Lehrbatterie, das Fe²⁺/Fe³⁺-Paar kommt in Redox-Flow-Batterien und Titrationen vor, MnO₄⁻/Mn²⁺ ist ein starkes Oxidationsmittel, das bei Permanganat-Titrationen verwendet wird, und die Wasserstoffelektrode definiert die Referenzskala für alle Standardpotentiale.
Passe Konzentration und Temperatur an und beobachte, wie die Nernst-Gleichung E=E0-(RT/nF)ln(Q) das Elektrodenpotential von den Standardbedingungen verschiebt.
3D · Three.js / WebGL-Renderer · 60 FPS Ziel · läuft vollständig clientseitig, keine Installation nötig