Persamaan Nernst

Pengertian Persamaan Nernst

Persamaan Nernst adalah suatu persamaan yang berhubungan dengan potensial reduksi atau setengah sel (atau total tegangan, seperti gaya elektromotif dari sel penuh) terhadap potensial elektroda standar, suhu dan aktivitas (sering diperkirakan menggunakan konsentrasi) suatu spesies kimia yang melakukan reduksi dan oksidasi. Persamaan tersebut dinamai sesuai nama ahli fisika Jerman yang pertama kali merumuskannya, yaitu Walther Nernst.

persamaan nernst

Rumus

Persamaan Nernst diturunkan dari energi bebas Gibbs dalam kondisi standar.

Eo=EoreduksiEooksidasi(1)

ΔG juga berhubungan dengan E di bawah kondisi umum (boleh standar, boleh tidak) melalui:

ΔG=nFE(2)
dengan
n adalah jumlah elektron yang tertransfer pada reaksi (dari persamaan setara)
F adalah konstanta Faraday (96500 C/mol)
E adalah perbedaan potensial

Di bawah kondisi standar, persamaan 2 menjadi:

ΔGo=nFEo.(3)

Dengan demikian, ketika E bernilai positif, reaksi berlangsung spontan dan ketika E bernilai negatif, reaksi berlangsung tidak spontan. Dari termodinamika, energi bebas Gibbs berubah di bawah kondisi standar dapat dihubungkan dengan perubahan Energi bebas Gibbs di bawah persamaan standar, via:

ΔG=ΔGo+RTlnQ(4)

Dengan menggantikan ΔG=nFE dan ΔGo=nFEo ke persamaan 4, menjadi:

nFE=nFEo+RTlnQ(5)

Membagi kedua sisi di atas oleh -nF, maka:

E=EoRTnFlnQ(6)

Persamaan 6 dapat ditulis ulang dalam bentuk log 10:

E=Eo2.303RTnFlogQ

Pada temperatur T = 298 K, persamaan 2,303RT/F setara 0,0592 V dan persamaan ini berubah menjadi:

E=Eo0.0592VnlogQ(Persamaan Nernst pada 298 K)

Persamaan di atas mengindikasikan bahwa potensial listrik dari sebuah sel bergantung pada reaksi jumlah Q. Sebagai proses reaksi redoks, reaktan akan dipakai dalam reaksi, dan selanjutnya konsentrasi reaktan berkurang. Sebaliknya, konsentrasi produk meningkat karena pembentukan produk. Saat hal ini terjadi, potensial sel secara bertahap akan menurun sampai reaksi berada di kesetimbangan, dimana ∆G=0. Pada kondisi setimbang, hasil bagi reaksi Q = Keq. Juga,pada saat kesetimbangan dan , jadi .

Dengan demikian, menggantikan Q=Keq dan E=0 ke persamaan Nernst, maka didapatkan:

0=EoRTnFlnKeq(7)

Pada suhu kamar, persamaan di atas dapat disederhanakan menjadi:

0=Eo0.0592VnlogKeq(8)

Persamaan di atas dapat disusun kembali menjadi:

logKeq=nEo0.0592V(9)

Dan persamaan di atas mengindikasikan bahwa konstanta kesetimbangan adalah proporsional teradap potensial standar reaksi. Secara khusus, ketika:

  • K > 1, E⁰ > 0, reaksi cenderung membentuk produk
  • K < 1, E⁰ > 0, reaksi cenderung membentuk reaktan

Hasil ini sesuai dengan asas Le Chatelier, yang mana ketika sistem pada kesetimbangan mengalami perubahan, sistem akan meminimalkan perubahan tersebut dengan menggeser kesetimbangan pada arah yang berlawanan.