เครื่องคำนวณสมการเนิร์นสต์

หมวดหมู่: เคมี
- พฤศจิกายน 29, 2568
| |

สมการ Nernst เชื่อมโยงศักย์เซลล์กับศักย์เซลล์มาตรฐาน อุณหภูมิ และอัตราส่วนปฏิกิริยาของปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้า

สมการ Nernst: E = E° - (RT/nF) × ln(Q)

สมการ Nernst มาตรฐาน

V

อัตราส่วนปฏิกิริยา (Q)

Q = [ผลิตภัณฑ์] / [สารตั้งต้น]. สำหรับปฏิกิริยา aA + bB → cC + dD, Q = [C]^c × [D]^d / [A]^a × [B]^b

ผลิตภัณฑ์ (ตัวเศษ)
สารตั้งต้น (ตัวส่วน)
ใช้ log₁₀(Q) × 2.303 แทน ln(Q)

เกี่ยวกับสมการ Nernst

สมการ Nernst เป็นสมการพื้นฐานในเคมีไฟฟ้าที่เชื่อมโยงศักย์เซลล์ (แรงดันไฟฟ้า) ของปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้ากับศักย์เซลล์มาตรฐาน อุณหภูมิ และกิจกรรม/ความเข้มข้นของสปีชีส์เคมีที่เกี่ยวข้อง

รูปแบบทางคณิตศาสตร์:

รูปแบบทั่วไปของสมการ Nernst คือ:

E = E° - (RT/nF) × ln(Q)

ที่อุณหภูมิที่มาตรฐาน (25°C หรือ 298.15 K) สามารถทำให้เรียบง่ายได้เป็น:

E = E° - (0.0592 V / n) × log₁₀(Q)
คำศัพท์สำคัญ:
  • E: ศักย์เซลล์ (แรงดันไฟฟ้า) ภายใต้เงื่อนไขที่กำหนด (V)
  • E°: ศักย์เซลล์มาตรฐาน (แรงดันไฟฟ้า) (V)
  • R: ค่าคงที่ของแก๊สสากล (8.314 J/(mol·K))
  • T: อุณหภูมิ (K)
  • n: จำนวนอิเล็กตรอนที่ถ่ายโอนในปฏิกิริยา redox ที่สมดุล
  • F: ค่าคงที่ของ Faraday (96,485 C/mol)
  • Q: อัตราส่วนปฏิกิริยา (อัตราส่วนของความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์ต่อสารตั้งต้น โดยแต่ละตัวยกกำลังสัมประสิทธิ์สโตอิชิโอเมตริกของตน)
การประยุกต์ใช้งาน:
  • การคาดการณ์ศักย์เซลล์: กำหนดแรงดันไฟฟ้าของเซลล์กัลวานิกภายใต้เงื่อนไขที่ไม่เป็นมาตรฐาน
  • เซลล์ความเข้มข้น: คำนวณความแตกต่างของศักย์ระหว่างสองครึ่งเซลล์ที่มีความเข้มข้นต่างกัน
  • การวัด pH: ฐานสำหรับอิเล็กโทรดและเซนเซอร์ pH
  • ชีวเคมี: ทำความเข้าใจเกี่ยวกับกระบวนการ redox ในระบบชีวภาพ
  • วิทยาศาสตร์การกัดกร่อน: วิเคราะห์และคาดการณ์พฤติกรรมการกัดกร่อน
หมายเหตุสำคัญ:
  • สำหรับสารละลายเจือจาง ความเข้มข้นสามารถใช้เป็นการประมาณสำหรับกิจกรรม
  • ลอการิธึมธรรมชาติ (ln) สามารถแปลงเป็นลอการิธึมฐานสิบ (log₁₀) โดยการคูณด้วย 2.303
  • เมื่อ Q = 1 (เงื่อนไขมาตรฐาน), E = E°
  • เมื่อ Q > 1, E < E° (ศักย์เซลล์ลดลง)
  • เมื่อ Q < 1, E > E° (ศักย์เซลล์เพิ่มขึ้น)
  • ที่สมดุล, E = 0 และ Q = K (ค่าคงที่สมดุล)

สมการ Nernst Calculator คืออะไร?

สมการ Nernst Calculator เป็นเครื่องมือที่ใช้ในการกำหนดศักย์ของเซลล์ในปฏิกิริยาอิเล็กโทรเคมีภายใต้สภาวะที่ไม่เป็นมาตรฐาน มันช่วยในการคาดการณ์ว่าแรงดันไฟฟ้าของเซลล์อิเล็กโทรเคมีจะเปลี่ยนแปลงอย่างไรเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงในอุณหภูมิและความเข้มข้นของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์

สมการ Nernst ให้วิธีการในการคำนวณศักย์จริง (E) ของเซลล์อิเล็กโทรเคมีตามศักย์เซลล์มาตรฐาน (E°), อุณหภูมิ (T), จำนวนอิเล็กตรอนที่ถ่ายโอน (n), และอัตราส่วนปฏิกิริยา (Q)

E = E° - (RT/nF) × ln(Q)

ที่อุณหภูมิห้อง (25°C หรือ 298.15 K) สมการมักจะถูกทำให้เรียบง่ายเป็น:

E = E° - (0.0592 V / n) × log₁₀(Q)

วิธีการใช้สมการ Nernst Calculator

เครื่องคิดเลขมีสองโหมดในการคำนวณศักย์เซลล์:

  • รูปแบบมาตรฐาน: อนุญาตให้ป้อนศักย์มาตรฐาน (E°), อุณหภูมิ, จำนวนอิเล็กตรอนที่ถ่ายโอน, และอัตราส่วนปฏิกิริยา (Q) โดยตรง
  • โหมดปฏิกิริยาที่สมดุล: อนุญาตให้ป้อนปฏิกิริยาออกซิเดชันและการลดเพื่อกำหนดศักย์มาตรฐานโดยอัตโนมัติ

ขั้นตอนสำหรับโหมดรูปแบบมาตรฐาน

  1. ป้อน ศักย์เซลล์มาตรฐาน (E°) ในโวลต์ (V)
  2. ระบุ จำนวนอิเล็กตรอนที่ถ่ายโอน (n) ในปฏิกิริยา
  3. ป้อน อุณหภูมิ ในเคลวิน (K), เซลเซียส (°C), หรือฟาเรนไฮต์ (°F)
  4. ป้อน ความเข้มข้น ของผลิตภัณฑ์และสารตั้งต้นเพื่อคำนวณอัตราส่วนปฏิกิริยา (Q)
  5. คลิก "คำนวณศักย์เซลล์" เพื่อรับผลลัพธ์

ขั้นตอนสำหรับโหมดปฏิกิริยาที่สมดุล

  1. ป้อน ปฏิกิริยาออกซิเดชัน และ ปฏิกิริยาการลด
  2. ให้ ศักย์มาตรฐาน สำหรับทั้งสองปฏิกิริยา
  3. ป้อน อุณหภูมิ ในเคลวิน (K), เซลเซียส (°C), หรือฟาเรนไฮต์ (°F)
  4. ป้อน ความเข้มข้นของสาร เพื่อคำนวณอัตราส่วนปฏิกิริยา (Q)
  5. คลิก "คำนวณศักย์เซลล์" เพื่อดูผลลัพธ์

ทำไมต้องใช้สมการ Nernst Calculator?

เครื่องคิดเลขเป็นเครื่องมือที่มีประโยชน์สำหรับนักเรียน, นักวิจัย, และผู้เชี่ยวชาญที่ทำงานในด้านอิเล็กโทรเคมี มันให้การคำนวณที่รวดเร็วและแม่นยำสำหรับ:

  • การคาดการณ์พฤติกรรมของเซลล์อิเล็กโทรเคมี: เข้าใจว่าแรงดันไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงอย่างไรภายใต้สภาวะต่างๆ
  • การวิเคราะห์เซลล์ความเข้มข้น: คำนวณความแตกต่างของศักย์เนื่องจากความเข้มข้นของไอออนที่แตกต่างกัน
  • การกำหนดระดับ pH: ใช้ในการคำนวณของมิเตอร์ pH และเคมีกรด-เบส
  • การศึกษาปฏิกิริยา Redox: ประเมินการถ่ายโอนอิเล็กตรอนในระบบเคมีและชีวภาพ
  • การเข้าใจกระบวนการกัดกร่อน: ประเมินความเสถียรทางอิเล็กโทรเคมีของโลหะ

คำถามที่พบบ่อย (FAQ)

สมการ Nernst บอกอะไรเรา?

สมการ Nernst คำนวณแรงดันไฟฟ้าจริงของเซลล์อิเล็กโทรเคมีโดยพิจารณาผลกระทบของความเข้มข้น มันช่วยในการกำหนดว่าปฏิกิริยาเป็นไปตามธรรมชาติหรืออยู่ในภาวะสมดุล

ทำไมอุณหภูมิถึงสำคัญในสมการ Nernst?

อุณหภูมิมีผลต่อความเป็นไปตามธรรมชาติของปฏิกิริยาและแรงดันไฟฟ้า อุณหภูมิที่สูงขึ้นจะเพิ่มผลกระทบของความแตกต่างของความเข้มข้นต่อศักย์เซลล์

เกิดอะไรขึ้นเมื่อ Q = 1?

เมื่ออัตราส่วนปฏิกิริยา (Q) เท่ากับ 1 ศักย์เซลล์จะเท่ากับศักย์เซลล์มาตรฐาน (E = E°) ซึ่งหมายความว่าปฏิกิริยาอยู่ในสภาวะมาตรฐาน

การเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นมีผลต่อศักย์เซลล์อย่างไร?

การเพิ่มความเข้มข้นของสารตั้งต้นหรือการลดความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์จะเพิ่มศักย์เซลล์ ในทางกลับกันการเพิ่มความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์หรือการลดความเข้มข้นของสารตั้งต้นจะลดศักย์

สมการ Nernst สามารถคาดการณ์ภาวะสมดุลได้หรือไม่?

ใช่ ที่ภาวะสมดุล ศักย์เซลล์ (E) จะเป็น 0 และ Q จะเท่ากับค่าคงที่สมดุล (K)

เครื่องคิดเลขจัดการการแปลงอุณหภูมิอย่างไร?

เครื่องคิดเลขอนุญาตให้ป้อนในเซลเซียสหรือฟาเรนไฮต์และจะแปลงเป็นเคลวินโดยอัตโนมัติสำหรับการคำนวณที่แม่นยำ

บทบาทของจำนวนอิเล็กตรอนที่ถ่ายโอน (n) คืออะไร?

จำนวนอิเล็กตรอนที่ถ่ายโอนมีผลต่อขนาดของการแก้ไขแรงดันในสมการ Nernst ค่า n ที่สูงขึ้นจะลดผลกระทบของ Q ต่อศักย์

ความคิดสุดท้าย

สมการ Nernst Calculator ทำให้การคำนวณอิเล็กโทรเคมีที่ซับซ้อนง่ายขึ้น ทำให้สามารถกำหนดศักย์เซลล์ภายใต้สภาวะต่างๆ ได้อย่างง่ายดาย ไม่ว่าคุณจะเป็นนักเรียนที่ศึกษาวิชาเคมีหรือนักวิจัยที่วิเคราะห์ปฏิกิริยา redox เครื่องมือนี้ให้วิธีที่เชื่อถือได้ในการคำนวณศักย์อิเล็กโทรเคมีได้อย่างมีประสิทธิภาพ