能斯特方程

所有活细胞的细胞膜上的电位差异称为膜电位，与外部相比，细胞的内部为负。膜电位的大小因细胞而异，并且在特殊细胞中随着其功能状态而变化。例如，一个神经细胞在静止时的膜电位为-70mv，但在兴奋时膜电位下降到约+30mv。静息时的膜电位称为静息电位。 RMP 基本上是由于-

由于其选择性渗透性，离子在细胞膜上的分布不均匀。
由于作用于洋葱的力量的综合作用。 RMP 的这个起源是依赖的

细胞膜的选择性渗透性

细胞膜具有选择性渗透性，即对K ⁺和Cl ^-自由渗透，从培养基渗透到Na ⁺ ，并且对蛋白质和带负电荷离子的有机磷酸盐不渗透。通常，细胞内的阳离子是K ⁺ ，主要的细胞内阴离子是蛋白质和有机磷酸盐。一般胞外阳离子为 Na ⁺ ，阴离子为 Cl ^- 。

细胞膜中门控蛋白通道的存在是离子渗透性变化的原因。作用于跨细胞膜的离子的力产生膜电位的变化。此后作用在每个离子上的细胞膜的力的大小可以通过 Nernst 方程进行分析。

浓度梯度：唐南效应导致扩散离子在细胞膜上的分布不均匀，以额外的扩散阳离子的形式，导致浓度梯度。

电梯度：作为浓度梯度阳离子 K+ 的结果，将尝试从 ICF 传播回 ECF。但它会被由于细胞内不可扩散阴离子的迫近而产生的电梯度抵消。电场力大小相等但与浓缩力方向相反时的膜电位称为该离子的平衡电位。平衡电位的大小由能斯特方程确定。

E _m = -RT/ZF 输入 C_输入/C_输出

正常体温下 37 °C，代入常数（R、T 和 F）并转换为正常对数，

E _m = -61.5 log C _in /C _out

能斯特方程

标准电极电位是在电解质溶液的浓度固定为 1M、温度为 298K 时在其标准状态下测量的。尽管如此，在实际操作中，电化学电池并不总是在电解质溶液中具有固定的浓度。电极电位取决于电解质溶液的浓度。能斯特方程给出了电极电位和电解质溶液浓度之间的关系，称为能斯特方程。对于一般电极：

Mⁿ⁺ + ne^– → M

E_cell= E^°_cell–(RT/nF)lnQ

E_cell= E°_cell–(RT/nF)ln([C]^c[D]^d / [A]^a[B]^b)

where,

R = The gas constant (8.314JK^-1mol^-1)
F = Faraday constant (96,500Cmol^-1)
T = Temperature in kelvin
Q = Reaction quotient
n = Total number of moles of electrons translocate

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应该记住，在为整个电池反应编写能斯特方程时，对数项与反应平衡常数的表达式相同。两者的关系类似。

E_细胞= E°_细胞– (2.303 RT/nf) ln([C] ^c [D] ^d / [A] ^a [B] ^b )

E_细胞= E°_细胞+ 2.303 RT [A] [B]ln([A] ^a [B] ^b / [C] ^c [D] ^d )

同样，对于电极反应：

M ⁿ⁺ + ne ^– → M

能斯特方程是-

E _{cell =} E _{°cell –} (2.303 RT/nf)log[1/M ⁿ⁺ ]

或 E _{cell =} E _{°cell +} (2.303RT / nF)log[1/M ⁿ⁺ ]

当T=273K，F=96500 Cmol ^-1 ，R=8.314JK ^-1 mol ^-1 ，以固体M的浓度为单位

E_细胞= E°_细胞– (0.059/n)log[1/M ⁿ⁺ ]

电池平衡常数与标准电位的关系

E _cell = E _cell ° – (2.303 RT/nF)log[K _c ], [K _c = 平衡常数]

在平衡时，E_细胞=0

E ^°_细胞= (2.303 RT/nF)log[K _c ]

K _{c =}反对数[nE_细胞^° /0.0591]

能斯特方程的局限性

Nernst 方程仅适用，因为没有电流流过电极。当电流流动时，离子在电极表面的运动会发生变化，过电位和电阻损失的条件有助于测量电位。
在非常低的换向电位决定离子浓度下，使用 Nernst 方程找到电位接近 ±。这实际上是没有用的，因为在这种情况下，换向电流密度会降低，并且倾向于控制系统的电化学行为而不是其他影响。
由于有效系数在稀溶液中接近于一，因此 Nernst 方程可以直接以浓度的隐式形式表示。但在浓度较高的情况下，必须使用离子的实际活度。这为 Nernst 方程的使用带来了复杂性，因为估计离子的非理想活动通常需要实验测量。

示例问题

问题1：当化学方程式中的系数发生变化时，Eº值会发生变化吗？

回答：

The Eº value does not depend on the coefficient in the chemical equation i.e. when we double or triple the coefficient, the E° value does not change.

For example:

Zn²+ 2e^– → Zn; E° =-0.76 V
2Zn²+ 4e^– → 2Zn; E° =-0.76 V
3Zn²+ 6e^– → 3Zn; E° =-0.76 V

In the half-reaction, if the coefficients change, the number of electrons will change to cancel out the effect of the change in n coefficients.

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问题2：用哪个参比电极测量其他电极的电极电位？

回答：

The standard hydrogen electrode is used as a reference electrode whose electrode potential is assumed to be zero. The electrode potential of the other electrode is measured concerning it.

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问题 3：将锌棒浸入 0.1M 的 ZnSO4 溶液中。盐在 298 K 的稀释度下 95% 解离。计算电极电势给定 E (Zn²+ | Zn) = -0.76 V。

回答：

The electrode reaction is :

Zn²⁺ + 2e^–⇆ Zn(s)

According to Nernst equation, at 298 K

E(Zn²⁺ |Zn)=E^° (Zn²⁺ |Zn)- (0.059 /n) log [ angle n] [Zn]/[Zn²⁺ (aq)]

E^° (Zn²⁺|Zn)=-0.76 V, [Zn] = 1,

[Zn²⁺(aq)]=0.1*95/100=0.095 M

E(Zn²⁺ |Zn)=-0.76- (0.009/n )log1/-0.095

=-0.76-0.03=-0.79V

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问题4：燃料电池相对于一次电池和二次电池有什么优势？

回答：

Primary batteries restrain delimited congeries of reactants and are destroyed when the reactants have been consumed. Secondary batteries can be recharged but retract a longer to recharge. The fuel cell is conducted consecutive as long as reactants are recoupment to it and products are continuously removed.

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问题 5：盐水（aq. NaCl 溶液）在电解时的 pH 值会受到怎样的影响？

回答：

Since NaOH is formed during electrolysis, the pH of the brine solution will increase

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