Nernstequatie

De Nernstequatie is een fundamentele verhouding in de elektrochemie die de spanning van een elektrode of cel relateert aan de toestand van de reagerende stoffen onder niet-standaardomstandigheden. De algemene vorm is E = E° − (RT/(nF)) ln Q, waarin E het redoxpotentiaal van de cel is, E° het standardpotentiaal, n het aantal overgedragen elektronen, R de gasconstante, T de absolute temperatuur, F de Faraday-constante en Q de reactiequotient (de activiteiten van producten en reagentia in de juiste machten). Voor een galvanische cel geldt Ecell = Ecathode − Eanode. Bij T = 298 K vereenvoudigt de vergelijking tot E = E° − (0,05916/n) log10 Q, waarbij Q uitgedrukt wordt in activiteiten (bij lage concentraties kan men concentraties gebruiken als benadering).

De Nernstequatie illustreert hoe de celspanning verandert naarmate de reactie zich onder niet-standaardomstandigheden voltrekt: als de concentraties zo zijn dat Q klein is, ligt E hoger dan E°. De relatie kan worden afgeleid uit de thermodynamica: ΔG = ΔG° + RT ln Q en ΔG = −nFE, waardoor E = E° − (RT/nF) ln Q. In de praktijk wordt vaak de vereenvoudigde vorm met log10 en T ≈ 298 K gebruikt.

Toepassingen omvatten het voorspellen van de richting van redoxreacties, het berekenen van de spanning van elektrochemische cellen onder niet-standaardcondities en het schatten van het evenwichtsvermogen. Beperkingen betreffen onder meer niet-ideale oplossingen en hoge concentraties, waarbij activiteitencoefficiënten en afwijkingen van idealiteit moeten worden meegerekend. De vergelijking is vernoemd naar Walther Nernst, die deze relatie in de jaren 1880–1890 ontdekte en ermee de koppeling tussen elektrochemie en thermodynamica legde.