能斯特方程式

能斯特方程式（Nernst，又譯：奈斯特方程式），是電化學中用來計算電極上相對於標準電極電勢（E⁰）來說的指定氧化還原對的平衡電壓（E）。命名自瓦爾特·能斯特。能斯特方程式只能在氧化還原對中兩種物質同時存在時才有意義。

公式

${\displaystyle E=E^{0}-{\frac {RT}{nF}}\ln {\frac {a_{\mbox{red}}}{a_{\mbox{ox}}}}}$

${\displaystyle \Leftrightarrow E=E^{0}+({\frac {RT}{nF}})\ln {\frac {a_{\mbox{ox}}}{a_{\mbox{red}}}}}$

在常溫下（25℃ = 298.15 K），有以下關係式：

${\displaystyle {\frac {R\,T}{F}}\,\,\ln 10\approx 0.05916}$

因此，能斯特方程式可以被簡化為：

在25℃：${\displaystyle E=E^{0}-{\frac {0.05916}{n}}\log {\frac {[{\mbox{red}}]}{[{\mbox{ox}}]}}}$

${\displaystyle \Leftrightarrow E=E^{0}+{\frac {0.05916}{n}}\log {\frac {[{\mbox{ox}}]}{[{\mbox{red}}]}}}$

• R是理想氣體常數，等於8.314472 (15) J.K^-1.mol^-1。
• T是溫度，單位K。
• a是氧化型和還原型化學物質的活度（活度 = 濃度*活性係數），其中[ox]代表氧化型，[red]代表還原型。
• F是法拉第常數，1F等於96,485.3365 (21) C/mol。
• n是半反應式的電子計量數，無單位]。
• [ox]/[red]表示參與電極反應所有物質濃度的乘積與反應產物濃度乘積之比。而且濃度的方次應等於他們在電極反應中的係數。

歷史

能斯特方程式命名於它的提出者德國化學家瓦爾特·能斯特（Walther H. Nernst，1864-1941），他建立的這個聯繫化學能和原電池電極電位關係的方程式，對化學熱力學有重要貢獻。1920年的諾貝爾化學獎頒發給了他，以表彰他在熱化學方面的工作。

參考文獻