細胞電位を見つける手順を深く掘り下げる前に、いくつかの重要な用語を理解しましょう。
最初の項は細胞電位です。セル電位は、電気化学セルの半セル間の電位差です。これは、電子が 1 つの電極から別の電極に流れることを可能にする駆動力です。セル電位の単位はボルトです。たとえば、亜鉛と銅の 2 つの電極を使用すると、電子は亜鉛半電池から銅半電池に流れます。これは、亜鉛半電池の電位が銅半電池よりも高いためです。セル電位の大きさは、ハーフセルに完全に依存します。
標準条件と非標準条件
標準条件とは、標準の温度と圧力が必要な条件です。標準温度は 273.15 K、標準圧力は 105 Pa とみなされます。標準条件は、反応のギブス エネルギーで一般的に使用される標準状態と混同してはなりません。
非標準条件とは、温度が 273.15 K および圧力は 105Pa 以外でもかまいません。
標準セル電位
標準セル電位 E°cell は、コントロールを介して計算されます。標準半電池電位は、物質の半電池を標準水素電極に接続することによって決定されます。この標準水素電極は参照セルとして機能します。
参照水素電極は、水素ガスが分解される 1M H+ イオンを含む溶液中の白金電極で構成されます。この半電池の電位には、割り当てられた値 0 があります。特定の半電池が標準水素電極に接続されている場合、この条件下で測定される電位は、物質の標準半電池電位です。
酸化と還元
電気化学では、「レドックス」という言葉に何度も出くわします。この言葉は、還元酸化を指します。それは、分子への、または分子からの電子の移動を含む電気化学的プロセスを指し、その酸化状態を変化させます。この反応は、外部電圧が印加された場合にのみ発生します。
酸化と還元は、電気化学反応に関与する原子、分子、またはイオンの酸化状態を表します。原子がその電子を他の原子またはイオンに渡すと、酸化状態は減少すると言われています。原子またはイオンが電子を獲得すると、その酸化状態が増加すると言われています。酸化状態の増加と減少は同時に起こります。
標準電極電位
細胞の細胞電位を予測するために、標準細胞電位の表が利用可能です。これらの表は、標準水素電極として知られています。標準水素電極は反応を経る
2H+ + 2e– → H2
これは還元反応です。ただし、標準水素電極は、他の電極の酸化/還元電位に応じて、カソードとアノードの両方として機能できます。塩橋の助けを借りて任意の電極に接続できるため、セルを形成できます。標準水素電極に接続された第 2 電極も標準状態にある場合、測定されるセル電位は電極の標準電位とも呼ばれます。
負または正の還元ポテンシャルの決定
半電池電位は標準水素電極に対する値なので、還元電位が正の物質はH+イオンに比べて還元されやすい。負の還元電位を持つ物質は、還元するのがより困難です。
アノード半電池反応:
Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e–; E°Zn→Zn2+ =0.76V
カソード半電池反応
Cu2+(aq) + 2e– → Cu(s); E°Cu2+ + 2e– → Cu(s) =0.34V
全体的な反応は、Zn(s) + Cu2+ → Zn2+(aq) + Cu(s) になります。
E°cell=E° Zn + E° Cu =0.76 + 0.34 =1.10V
濃度に対する細胞電位の依存性
電解液の濃度とセル電位の関係は、ネルンストの式で与えられます。
Ecell=E°cell – (RT/nF) lnQ
Ecell は非標準条件下のセル電位であり、E°cell は標準条件下のセル電位です条件。 R は普遍気体定数、F はファラデー定数、Q は反応商です。 RT/F の値 =0.0257 V
したがって、ネルンストの式は次のようになります
Ecell =E°cell –(0.0257/n) lnQ
結論
これらは、電気化学セルのセル電位を調べるための手順です。細胞電位とは別に、ネルンストの式を使用して、非標準条件下での細胞電位を見つけることもできます.
