Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

Ионные равновесия в водных растворах

Таланов В. М., Житный Г. М.,

1.3.2. Уравнение Нернста и его различные формы

Окислительно-восстановительной системе, записанной в общем виде

aOx + ne D bRed

соответствует наиболее общая форма уравнения Нернста:

.

Если заменить натуральный логарифм десятичным и подставить соответствующие значения постоянных величин в предлогарифмическом сомножителе, то для температуры 298 К уравнение имеет вид

.

В дальнейшем будем пользоваться округленным значением числовой константы в логарифмическом слагаемом, что значительно упрощает расчеты, не внося в их результат существенной ошибки:

.

Например, для полуреакции

Sn4+ + 2e D Sn2+

уравнение Нернста имеет вид:

.

В различных частных случаях, в зависимости от характера полуреакции, уравнение Нернста записывается по-разному:

1. Полуреакции

aA + bB + ... + ne D mM + nN + ...

соответствует потенциал

.

Например, для окислительно-восстановительной системы

Cr2O72– + 14H+ + 6e D 2Cr3+ + 7H2O

потенциал выражается уравнением

.

Обратим внимание на то, что в достаточно разбавленных водных растворах концентрацию воды можно считать величиной постоянной, поэтому она не фигурирует в знаменателе дроби, но в неявном виде входит в состав константы Е0. Данная форма уравнения Нернста соответствует тому весьма распространенному и важному случаю, когда окислительно-восстановительное равновесие протекает с участием среды.

2. Если окислительно-восстановительная система включает в себя малорастворимое вещество, то его концентрация, будучи также величиной постоянной, не включается в логарифмический член уравнения Нернста. Так, для полуреакции

MnO4 + 4H+ +3e D MnO2(Т) + 2H2O

уравнение Нернста имеет вид

.

3. Для металлических электродов, то есть для окислительно-восстановительных систем, представляющих собой металл, контактирующий с раствором, содержащим катионы этого же металла, например, для электрода

Zn2+ + 2e D Zn(T)

уравнение Нернста включает только концентрацию катионов металла в растворе, то есть

.

4. Если окислительно-восстановительная система включает в себя малорастворимый в воде газ (H2, O2, N2 и т.д.), то в уравнение Нернста входит не концентрация этого газа, а его парциальное давление. Например, для системы

О2(Г) + 4Н+ + 4е D 2H2O

уравнение Нернста должно быть записано следующим образом:

.

Однако в обычных условиях парциальное давление газа равно атмосферному, раствор насыщен этим газом, следовательно, еcть величина постоянная, и она входит в константу Е0, поэтому для данного случая

.


Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074