Phương trình Nernst là gì?
Phương trình Nernst cho biết mối liên hệ giữa thế điện cực (hay thế của pin) thực tế với thế tiêu chuẩn khi điều kiện về nồng độ, áp suất và nhiệt độ khác với điều kiện chuẩn. Đây là một trong những nền tảng quan trọng của điện hóa học, được ứng dụng trong pin và ắc quy, pin nhiên liệu, phân tích ăn mòn, điện cực đo pH và cả thế màng trong sinh học. Công cụ này giúp bạn tính thế điện cực \(E\) theo đơn vị vôn.
Cách sử dụng máy tính
Nhập thế điện cực tiêu chuẩn E° (vôn), số electron trao đổi trong nửa phản ứng đã cân bằng (n), nhiệt độ tuyệt đối theo kelvin (dùng 298,15 K cho 25 °C) và thương số phản ứng Q. Công cụ sẽ tính ra E cùng với số hạng hiệu chỉnh, giúp bạn thấy rõ hệ thống lệch khỏi điều kiện chuẩn đến mức nào.
Giải thích công thức
Phương trình có dạng $$E = E^\circ - \frac{RT}{nF}\ln Q$$ trong đó \(R = 8{,}314\ \text{J/(mol}\cdot\text{K)}\) là hằng số khí, \(T\) là nhiệt độ tính bằng kelvin, \(n\) là số mol electron và \(F = 96485\ \text{C/mol}\) là hằng số Faraday. Khi \(Q = 1\) thì \(\ln Q = 0\), nên \(E\) bằng đúng \(E^\circ\). Ở 25 °C, hệ số \(RT/F\) xấp xỉ \(0{,}02569\ \text{V}\), từ đó suy ra dạng quen thuộc \(0{,}0592/n\ \text{V}\) khi dùng logarit cơ số 10.
Ví dụ minh họa
Với pin Daniell có E° = 1,10 V, n = 2, T = 298,15 K và Q = 10: số hạng hiệu chỉnh là $$\left(\frac{8{,}314 \times 298{,}15}{2 \times 96485}\right) \times \ln(10) = 0{,}012842 \times 2{,}302585 \approx 0{,}02957\ \text{V}.$$ Vậy $$E = 1{,}10 - 0{,}02957 \approx 1{,}0704\ \text{V}.$$
Câu hỏi thường gặp
Nên dùng nhiệt độ nào? Hãy dùng nhiệt độ tuyệt đối tính bằng kelvin. Nhiệt độ phòng 25 °C tương ứng với 298,15 K.
n là gì? \(n\) là số electron trao đổi trong phản ứng oxi hóa – khử tổng quát đã được cân bằng.
Vì sao Q phải là số dương? Hàm logarit tự nhiên chỉ xác định với giá trị dương; \(Q\) là tỉ số của các hoạt độ nên luôn luôn lớn hơn không.
