UK 
EnglishТипова
Polski⚗️ Рівняння Нернста — Потенціал Гальванічного Елемента
E = E° − (RT/nF)·ln Q. Анімований гальванічний елемент: міграція іонів, ріст електродів. Графік E vs ln(Q). Регулюйте температуру, концентрації та стандартний потенціал.
Схожі симуляції
Про симуляцію «Рівняння Нернста»
Ця симуляція анімує гальванічний (вольтовий) елемент і обчислює рівняння Нернста E = E° − (RT/nF)·ln Q у реальному часі, коли ви змінюєте умови. Іони видимо мігрують між напівелементами, анодний брусок зменшується через окиснення, а катодний зростає завдяки осадженню металу, а графік показує залежність потенціалу елемента E від ln Q, щоб логарифмічний зв'язок можна було побачити безпосередньо, а не просто прочитати у формулі.
Оберіть одну з реальних пар електродів — Zn/Cu (класичний елемент Даніеля 1836 року), Zn/SHE, Fe²⁺/Fe³⁺ або Ag/Au — кожна зі своїм стандартним потенціалом E° та кількістю електронів n. Константа реакції Q обчислюється з повзунків концентрацій окисника та відновника, а потім поєднується з температурою, щоб дати робочий потенціал елемента E, вільну енергію Гіббса ΔG та константу рівноваги K.
Оберіть пару електродів зі спадного списку, а потім перетягуйте T (температура), [Red] (концентрація відновника) та [Ox] (концентрація окисника), щоб миттєво бачити зміни E, ln Q, ΔG та K, разом з анімованою міграцією іонів та ростом електродів. Графік E vs ln(Q) відображає робочу точку на лінії Нернста в реальному часі, коли ви змінюєте концентрації.
За стандартних умов (298 К, концентрації 1 М) Q = 1, тому ln Q = 0 і E просто дорівнює E° — саме тому таблиці стандартних відновних потенціалів вимірюються при 1 М і 25°C. Змістіть концентрації від 1 М, і напруга елемента відхилиться від довідникового значення так, що це можна побачити в реальному часі.
Часті запитання
Що означає кожен доданок у E = E° − (RT/nF)·ln Q?
E° — стандартний потенціал елемента для обраної пари електродів, R — газова стала, T — абсолютна температура, n — кількість електронів, перенесених за реакцію (визначається пресетом електродів), F — стала Фарадея, а Q — константа реакції, побудована з поточних концентрацій окисника та відновника.
Чому підвищення [Ox] або зниження [Red] збільшує напругу елемента?
Збільшення концентрації окисника або зменшення концентрації відновника знижує Q. Оскільки E віднімає доданок, пропорційний ln Q, менше значення Q означає меншу від'ємну поправку і, відповідно, вище E — фізично реакція має більше рушійної сили для досягнення рівноваги.
Як саме з'єднаний елемент Даніеля (Zn/Cu)?
Цинк окиснюється на аноді (Zn → Zn²⁺ + 2e⁻, E° = −0,76 В), а Cu²⁺ відновлюється на катоді (Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu, E° = 1,10 В), з'єднаних сольовим містком, що замикає коло. У міру перебігу реакції концентрація Zn²⁺ зростає, а Cu²⁺ падає, тому Q збільшується, а E поступово знижується до нуля в стані рівноваги.
Що показує ΔG, чого не показує E?
ΔG = −nFE переводить потенціал елемента в енергію Гіббса — стандартну термодинамічну міру самочинності реакції. Додатне E (самочинний гальванічний елемент) завжди відповідає від'ємному ΔG, а константа рівноваги K — це точка, де ΔG = 0 і E = 0.
Чому температура впливає на напругу елемента?
Температура входить безпосередньо в множник RT/nF, тому підвищення T підсилює вплив ln Q на відхилення потенціалу від E°. За вищих температур той самий дисбаланс концентрацій спричиняє більше відхилення від стандартного потенціалу, ніж за кімнатної температури.