物理化学

ネルンストの式

ネルンスト式は活量を考慮して標準条件外の電極電位を与え、濃淡電池や電気化学的 pH 測定の基礎になります。

電位は反応商 Q に依存します。n 電子を移動する反応では、生成物活量の増加に伴い電池電位が log Q に従って変化します。

モデルと物理量

式は状態・実験条件・符号規約の仮定とともに読みます。代入時は単位をそろえ、結果を解釈する前に次元を確認します。

E = E^\circ - \frac{RT}{nF}\ln Q

定義: ネルンストの式

E° は標準電位、R は気体定数、T は絶対温度、F はファラデー定数、n は平衡式の電子数、Q は活量商です。298 K では RT/F≈0.0257 V です。

式中の量は対象の反応・系について定義します。標準状態量と実条件を区別し、一般式だけから機構を推定しないでください。

例: 解答例

25 °Cで E°=0.80 V、n=1、Q=10 の電池です。RT/F≈0.0257 V として E を求めなさい。

解答

E=0.80−0.0257 ln(10)≈0.741 V です。Q>1 なので補正項により E° より電位が低くなります。

H⁺選択性電極の電位は H⁺ 活量に依存し、校正した pH メーターは電圧を pH に変換します。25 °Cで理想勾配は pH 1あたり約59 mVです。

解答例のデータから得られる結果はどれですか。

この内容に合う記述はどれですか。