Equação de Nernst
Em eletroquímica, a equação de Nernst é a relação quantitativa que permite calcular a força eletromotriz de uma pilha para concentrações de íons diferentes de uma unidade. Também usado para cálculos em titulação de oxidação-redução. Foi desenvolvida pelo químico e físico alemão Walther Nernst.
A variação de energia livre, ΔG, de qualquer reação e variação de energia livre padrão, ΔG°, estão relacionadas por meio da seguinte relação:
△G=△G0+RTlnQ{displaystyle triangle G=triangle G^{0}+RTlnQ}
Onde Q{displaystyle Q}
- △G=−nFE{displaystyle triangle G=-nFE}
e
- △G0=−nFE0{displaystyle triangle G^{0}=-nFE^{0}}
Assim, para uma reação redox, temos:
- −nFE=−nFE0+RTlnQ{displaystyle -nFE=-nFE^{0}+RTln Q}
ou
- E=E0−RTnFlnQ{displaystyle E=E^{0}-{frac {RT}{nF}}ln Q}
Sendo:
R = 8,315 J K-1 mol-1;
T = 298,2 K (25 °C);
F = 96485 C mol-1
Substituindo na equação acima os valores de R, T e F, tem-se:
- E=E0−0,0257nlnQ{displaystyle E=E^{0}-{frac {0,0257}{n}}ln Q}
De forma alternativa, esta equação pode ser escrita em termos de logarítmo decimal:
- E=E0−0,0592nlogQ{displaystyle E=E^{0}-{frac {0,0592}{n}}log Q}
Nessa equação, o significado de seus componentes é o seguinte: Eº é a força eletromotriz ou potencial normal da pilha correspondente (que se obtém a partir dos potenciais normais dos eletrodos); R é a constante universal dos gases; T é a temperatura em escala absoluta; F é a carga elétrica de um mol de elétrons; n é o número de mols de elétrons transferidos; Q é o quociente de reação. Esse quociente é o produto das concentrações das espécies ativas do segundo membro da reação de oxi-redução, elevadas a seus respectivos coeficientes estequiométricos (coeficientes que precedem as fórmulas na equação química equilibrada), e seu denominador é o produto análogo das concentrações dos reagentes.
Potenciais-padrão e constantes de equilíbrio |
Quando um sistema atinge o equilíbrio, a energia livre dos produtos é igual à energia livre dos reagentes, ou seja, ΔG = 0. Quando este sistema pertence a uma célula galvânica, a célula não produz tensão, ou seja, "E" da célula é zero, pois não existe reação ocorrendo em nenhum dos sentidos. No equilíbrio, a expressão Q da lei de ação das massas passa a ser igual a K. Sendo assim, nestas condições, a equação de Nernst passa a ser escrita como:
- 0=E0−RTnFlnK{displaystyle 0=E^{0}-{frac {RT}{nF}}ln K}
ou
- E0=RTnFlnK{displaystyle E^{0}={frac {RT}{nF}}ln K}
Que a 25 °C, fica:
- E0=0,0257nlnK{displaystyle E^{0}={frac {0,0257}{n}}ln K}
ou
- E0=0,0592nlogK{displaystyle E^{0}={frac {0,0592}{n}}log K}
Em qualquer uma destas formas, torna-se possível calcular E0 a partir de K, ou vice versa.
Bibliografia |
- RUSSELL, J. B. A equação de Nernst. In: ______. Química geral. 2. ed. São Paulo: Makron books e Mcgraw Hill, 1994. v. 2, cap. 18, p. 905-908. :)
