ネルンストの式計算ツール

ネルンストの式は、電気化学系の実際の温度と化学活量に応じて、標準電極電位や標準電池電位を補正します。標準電位は指定された基準状態を表しますが、電池、腐食電池、センサー、実験室での反応は、標準とは異なる濃度や気体圧力で動作することがよくあります。E = 標準 E − (RT ÷ nF) × Q の自然対数という式で、これらの条件を電圧と結び付けます。 この式で、E はボルトで表す非標準電位、標準 E は標準電位、R は普遍気体定数 8.314462618 ジュール毎モル毎ケルビン、T はケルビン単位の絶対温度です。n は係数を合わせた酸化還元反応の移動電子数、F はファラデー定数 96485.33212 クーロン毎モル、Q は無次元の反応商です。ツールはこれらの物理定数を直接使い、得られた電位と標準値から差し引く補正値の両方を表示します。 反応商は、各活量を化学量論係数乗したうえで、生成物の活量の積を反応物の活量の積で割って求めます。純粋な固体と液体は標準状態の活量が一なので除外します。入門的な計算では、希薄溶液の濃度や理想気体の圧力比を活量の近似としてよく使います。ゼロや負の数の対数は定義されないため、Q は正でなければなりません。Q が一なら対数はゼロで、計算電位は標準電位と一致します。 Q が一より大きいと対数項は正になり、記載した反応方向の電位が下がります。Q が一未満なら対数は負になり、補正項を引くと電位が上がります。変化幅は温度が高いほど大きく、移動電子数が多いほど小さくなります。摂氏 25 度では、常用対数形式を約 0.05916 ÷ n の係数で表すことが一般的ですが、このツールは任意の正の絶対温度に対応する自然対数の一般式を使います。 n と Q を決める際は、同じ、係数を合わせた全反応を使ってください。反応を逆にすると標準電位の符号が変わり、Q は逆数になります。電位が示すのは入力した仮定のもとでの熱力学的駆動力であり、反応速度、電流、内部抵抗、速度論的過電圧は予測しません。精密な計算では濃度近似を活量に置き換え、採用する電気化学の規約に適した条件を使用してください。