حاسبة معادلة نيرنست

الفئة: الكيمياء
- أغسطس 01, 2025
| |

معادلة نيرنست تربط بين جهد الخلية والجهد القياسي للخلية ودرجة الحرارة ونسبة التفاعل للتفاعل الكهروكيميائي.

معادلة نيرنست: E = E° - (RT/nF) × ln(Q)

معادلة نيرنست القياسية

V

نسبة التفاعل (Q)

Q = [المنتجات] / [المتفاعلات]. لتفاعل aA + bB → cC + dD، Q = [C]^c × [D]^d / [A]^a × [B]^b

المنتجات (البسط)
المتفاعلات (المقام)
استخدم log₁₀(Q) × 2.303 بدلاً من ln(Q)

حول معادلة نيرنست

معادلة نيرنست هي معادلة أساسية في الكيمياء الكهربية تربط بين جهد الخلية (الجهد) لتفاعل كهروكيميائي مع الجهد القياسي للخلية ودرجة الحرارة وأنشطة/تركيزات الأنواع الكيميائية المعنية.

الصيغة الرياضية:

الصيغة العامة لمعادلة نيرنست هي:

E = E° - (RT/nF) × ln(Q)

عند درجة الحرارة القياسية (25°C أو 298.15 K)، يمكن تبسيطها إلى:

E = E° - (0.0592 V / n) × log₁₀(Q)
المصطلحات الرئيسية:
  • E: جهد الخلية (الجهد) تحت الظروف المحددة (V)
  • E°: جهد الخلية القياسي (الجهد) (V)
  • R: ثابت الغاز العالمي (8.314 J/(mol·K))
  • T: درجة الحرارة (K)
  • n: عدد الإلكترونات المنقولة في تفاعل الأكسدة المختزل المتوازن
  • F: ثابت فاراداي (96,485 C/mol)
  • Q: نسبة التفاعل (نسبة تركيزات المنتجات إلى المتفاعلات، كل منها مرفوع إلى قوة معاملاته الستوكيمترية)
التطبيقات:
  • توقع جهد الخلية: تحديد جهد خلية جلفانية تحت ظروف غير قياسية
  • خلايا التركيز: حساب فرق الجهد بين نصفين مع تركيزات مختلفة
  • قياس الرقم الهيدروجيني: الأساس لأقطاب وأجهزة قياس الرقم الهيدروجيني
  • الكيمياء الحيوية: فهم عمليات الأكسدة والاختزال في الأنظمة البيولوجية
  • علم التآكل: تحليل وتوقع سلوك التآكل
ملاحظات هامة:
  • بالنسبة للسوائل المخففة، يمكن استخدام التركيزات كتقريبات للأنشطة
  • يمكن تحويل اللوغاريتم الطبيعي (ln) إلى اللوغاريتم القائم على 10 (log₁₀) عن طريق الضرب في 2.303
  • عندما Q = 1 (ظروف قياسية)، E = E°
  • عندما Q > 1، E < E° (جهد الخلية ينخفض)
  • عندما Q < 1، E > E° (جهد الخلية يرتفع)
  • عند التوازن، E = 0 و Q = K (ثابت التوازن)

ما هو حاسبة معادلة نيرنست؟

حاسبة معادلة نيرنست هي أداة تُستخدم لتحديد جهد الخلية لتفاعل كيميائي كهربائي تحت ظروف غير قياسية. تساعد في التنبؤ بكيفية تغير جهد خلية كيميائية كهربائية مع تغيرات في درجة الحرارة وتركيز المتفاعلات والمنتجات.

توفر معادلة نيرنست طريقة لحساب الجهد الفعلي (E) لخلية كيميائية كهربائية بناءً على الجهد القياسي للخلية (E°)، ودرجة الحرارة (T)، وعدد الإلكترونات المنقولة (n)، ونسبة التفاعل (Q).

E = E° - (RT/nF) × ln(Q)

عند درجة حرارة الغرفة (25 درجة مئوية أو 298.15 كلفن)، غالبًا ما يتم تبسيط المعادلة كما يلي:

E = E° - (0.0592 فولت / n) × log₁₀(Q)

كيفية استخدام حاسبة معادلة نيرنست

توفر الحاسبة وضعين لحساب جهد الخلية:

  • الصيغة القياسية: يسمح بإدخال مباشر للجهد القياسي (E°)، ودرجة الحرارة، وعدد الإلكترونات المنقولة، ونسبة التفاعل (Q).
  • وضع التفاعل المتوازن: يمكّن من إدخال نصف التفاعلات الأكسدة والاختزال لتحديد الجهد القياسي تلقائيًا.

خطوات وضع الصيغة القياسية

  1. أدخل الجهد القياسي للخلية (E°) بالفولت (V).
  2. حدد عدد الإلكترونات المنقولة (n) في التفاعل.
  3. أدخل درجة الحرارة بالكلفن (K) أو السلسيوس (°C) أو الفهرنهايت (°F).
  4. أدخل تركيز المنتجات والمتفاعلات لحساب نسبة التفاعل (Q).
  5. انقر على "احسب جهد الخلية" للحصول على النتيجة.

خطوات وضع التفاعل المتوازن

  1. أدخل نصف تفاعل الأكسدة ونصف تفاعل الاختزال.
  2. قدم الجهود القياسية لكلا نصف التفاعلات.
  3. أدخل درجة الحرارة بالكلفن (K) أو السلسيوس (°C) أو الفهرنهايت (°F).
  4. أدخل تركيز الأنواع لحساب نسبة التفاعل (Q).
  5. انقر على "احسب جهد الخلية" لرؤية النتائج.

لماذا تستخدم حاسبة معادلة نيرنست؟

تعتبر الحاسبة أداة مفيدة للطلاب والباحثين والمحترفين العاملين في الكيمياء الكهربائية. توفر حسابات سريعة ودقيقة لـ:

  • توقع سلوك الخلايا الكيميائية الكهربائية: فهم كيفية تغير الجهد تحت ظروف مختلفة.
  • تحليل خلايا التركيز: حساب الفروق في الجهد بسبب اختلاف تركيز الأيونات.
  • تحديد مستويات pH: تُستخدم في حسابات مقياس pH وكيمياء الأحماض والقواعد.
  • دراسة تفاعلات الأكسدة والاختزال: تقييم نقل الإلكترونات في الأنظمة الكيميائية والبيولوجية.
  • فهم عمليات التآكل: تقييم الاستقرار الكهربائي للمعادن.

الأسئلة الشائعة (FAQ)

ماذا تخبرنا معادلة نيرنست؟

تحسب معادلة نيرنست الجهد الفعلي لخلية كيميائية كهربائية من خلال أخذ تأثيرات التركيز في الاعتبار. تساعد في تحديد ما إذا كان التفاعل تلقائيًا أو في حالة توازن.

لماذا تعتبر درجة الحرارة مهمة في معادلة نيرنست؟

تؤثر درجة الحرارة على تلقائية التفاعل والجهد. تزيد درجات الحرارة المرتفعة من تأثير اختلافات التركيز على جهد الخلية.

ماذا يحدث عندما Q = 1؟

عندما تكون نسبة التفاعل (Q) تساوي 1، فإن جهد الخلية يساوي الجهد القياسي للخلية (E = E°). وهذا يعني أن التفاعل في ظروف قياسية.

كيف يؤثر تغيير التركيز على جهد الخلية؟

زيادة تركيز المتفاعلات أو تقليل تركيز المنتجات يرفع جهد الخلية. وعلى العكس، فإن زيادة تركيز المنتجات أو تقليل تركيز المتفاعلات يخفض الجهد.

هل يمكن لمعادلة نيرنست التنبؤ بالتوازن؟

نعم. عند التوازن، يكون جهد الخلية (E) يساوي 0، وQ يساوي ثابت التوازن (K).

كيف تتعامل الحاسبة مع تحويل درجة الحرارة؟

تسمح الحاسبة بإدخال درجة الحرارة بالسلسيوس أو الفهرنهايت وتقوم بتحويلها تلقائيًا إلى كلفن للحصول على حسابات دقيقة.

ما هو دور عدد الإلكترونات المنقولة (n)؟

يؤثر عدد الإلكترونات المنقولة على مقدار تصحيح الجهد في معادلة نيرنست. قيمة n الأعلى تقلل من تأثير Q على الجهد.

أفكار نهائية

تبسط حاسبة معادلة نيرنست الحسابات الكيميائية الكهربائية المعقدة، مما يجعل من السهل تحديد جهد الخلية تحت ظروف مختلفة. سواء كنت طالبًا تدرس الكيمياء أو باحثًا تحلل تفاعلات الأكسدة والاختزال، توفر هذه الأداة وسيلة موثوقة لحساب الجهود الكهربائية بكفاءة.