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Ecuación de Nernst: Ejemplo y calculadora

Publicado el 1 octubre, 2020

Baterías y la ecuación de Nernst

En algún momento del pasado no muy lejano, lo más probable es que haya mirado su teléfono celular y haya visto una luz roja parpadeante o la señal de bajo nivel de batería. Mientras luchaba por encontrar una salida, probablemente no se detuvo a pensar en las increíbles características de esa pequeña batería. Esa diminuta celda no solo genera energía y energía durante horas y horas, sino que también puede recargarse y hacer que su teléfono celular vuelva a funcionar. Para saber cuánta potencia o voltaje tiene una batería, necesitamos usar la ecuación de Nernst, una fórmula derivada de Walther Nernst, quien ganó el Premio Nobel de Química en 1920.

Comprender la ecuación de Nernst

La ecuación de Nernst encuentra el potencial celular de una reacción, o cuánta potencia tendrá una reacción en un momento dado. Puede usar la ecuación para averiguar cuánto jugo hay en su batería.

A continuación se muestra la fórmula general de la ecuación de Nernst. Deberá consultarlo nuevamente cuando realicemos nuestros cálculos de muestra.

Ecuación de Nernst

Quizás se esté preguntando qué significan todas esas letras en la ecuación. Para descifrarlos, eche un vistazo a la siguiente clave:

  • E : se refiere al potencial de la celda, o la cantidad de voltaje, que tendrá la reacción en las condiciones establecidas.
  • Eo : se refiere al potencial de celda, o voltaje, que tendrá la reacción en condiciones estándar establecidas.
  • R : se refiere a la constante del gas ideal, que es 8.314 J / mol-K.
  • T : se refiere a la temperatura en Kelvins (K); la temperatura ambiente es igual a 298 K.
  • n : se refiere al número de moles de electrones transferibles que se utilizan para equilibrar la ecuación.
  • F : se refiere a la constante de Faraday, o la carga de un mol de electrones, que es 95484,56 C / mol.
  • ln : es una acción matemática llamada logaritmo natural.
  • Qc : se refiere al cociente de reacción en un momento dado.

Puede calcular el cociente de reacción observando la concentración de los productos y las concentraciones de los reactivos. Para obtener Qc, divide la concentración de los productos por la concentración de los reactivos.

Cálculos de muestra

La mayoría de los teléfonos móviles utilizan una batería de iones de litio. Tomemos una batería a temperatura ambiente y comencemos con los iones de litio iguales en ambos lados a 1M.

Ahora repasemos lo que sabemos y lo que necesitamos averiguar:

  • E : lo que queremos saber o el voltaje en estas condiciones específicas
  • Eo : normalmente establecido en 0
  • R : el número establecido, o 8,314 J / mol-K
  • T : temperatura ambiente o 298 K
  • n : el litio necesita un electrón para transferirse, entonces n = 1.
  • F : la constante establecida en 95484.56 C / mol
  • ln : el tronco natural
  • Qc : la concentración de los productos 1M dividida por la concentración de los reactivos 1M, que es igual a 1

Una vez que combine todas las unidades, sus resultados se mostrarán en voltios.

E = 0 – (8,314 (298)) / (1 (95484,56)) V * ln1

E = 0 – 0,0259 V * 0

E = 0-0

E = 0

Cuando los iones de litio son iguales en ambos lados, no verá ningún movimiento de un lado al otro y no hay voltaje. En otras palabras, debido a que los iones de litio siempre deben estar en flujo, deben tener diferentes concentraciones de iones de litio en cada lado. Ahora tomemos 2 M en el lado de los reactivos y 0.05 M en el lado del producto.

Todo permanece igual excepto por Qc:

E = 0 – 0.0259V * ln (0.05 / 2)

E = 0 – 0.0259V * (-3.689)

E = 0 – (-0.09554V)

E = 0.09554V

A esta concentración y temperatura ambiente, la batería de nuestro teléfono nos dará 0.09554, o casi 0.1, voltios de energía. Esta es la base de cómo funcionan todas las ecuaciones de Nernst. Puede reorganizar la ecuación para encontrar qué concentración necesita para lograr un cierto voltaje. También puede averiguar qué temperatura será la mejor para mantener el voltaje deseado.

Resumen de la lección

La ecuación de Nernst , que mide la energía eléctrica, se usa para encontrar el potencial celular , o voltaje, de un sistema. La fórmula fue desarrollada por el ganador del Premio Nobel, Walther Nernst, y se muestra a continuación:

Ecuación de Nernst

La fórmula tiene en cuenta la constante de Faraday , o la carga de un electrón. También tiene en cuenta la concentración de electrones en movimiento, el número de electrones y la temperatura, así como el comportamiento de los gases. Para calcular Qc , o el cociente de reacción en un momento designado, debe dividir la concentración de productos por la concentración de reactivos. Además del voltaje de un sistema, la ecuación de Nernst se puede usar para calcular la concentración para un voltaje específico o cómo se desarrollará una reacción a diferentes temperaturas.

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