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과학

네른스트 식

네른스트 식과학
영어
Nernst equation
일반식
E=E°−(RT/nF)lnQ
n
반응식에서 이동하는 전자 수
298.15 K 근사
E=E°−(0.05916 V/n)log₁₀Q
네른스트 식은 전기화학 반응의 전위를 표준 전위와 반응 지수로 연결하는 식이다. E=E°−(RT/nF)lnQ로 쓰며, 반응식을 어떤 방향과 계수로 적었는지에 맞춰 n과 Q를 함께 정해야 한다.

표준 상태에서 벗어날 때

표준 전위 하나만으로 모든 농도와 압력의 전지 전위를 정할 수는 없다. 반응 지수 Q는 현재 조성을 나타내며 엄밀하게는 활동도로 구성한다. 묽은 용액에서 농도로 근사할 때에도 표준 상태와 무차원 비를 염두에 두어야 한다.

계산 예

298.15 K에서 E°=0.80 V, n=2, Q=100이면 log₁₀Q=2다. 따라서 E는 약 0.741 V다. 자연로그 식의 RT/F와 상용로그 식의 0.05916 V를 섞어 쓰면 변환 계수만큼 오류가 생긴다.

반응식과 함께 바뀌는 양

반응식 전체를 2배로 적으면 n도 2배, Q는 제곱이 된다. lnQ 역시 2배가 되어 계산되는 E는 같다. 전위는 반응식 계수를 늘린다고 같은 비율로 커지는 양이 아니다. 반응 방향을 뒤집으면 Q와 전위 부호를 함께 바꿔야 한다.

평형에서의 해석

전지 반응이 평형이면 Q=K이고 순반응을 구동하는 전위는 0이 된다. ΔG=−nFE와도 연결된다. 이 식이 주는 열역학적 전위와 큰 전류가 흐르는 실제 단자 전압은 다를 수 있으며, 내부 저항과 과전압 같은 효과는 따로 고려한다.

관련 문서

반응 지수 / 화학 평형 / 깁스 에너지 / 산화 환원 반응 / 전압 / 로그 / 활동도 / 온도