化学ポテンシャルと電気化学ポテンシャル、ネルンストの式

化学ポテンシャルと電気化学ポテンシャル

 

このページでは

 

・化学ポテンシャルと電気化学ポテンシャル
・ネルンストの式

 

について解説しています。

 

化学ポテンシャルと電気化学ポテンシャル

電荷をもつ物質(荷電粒子)のやり取りがを含む化学平衡では化学ポテンシャルでなく、
電位の影響も考慮した電気化学ポテンシャルを考える必要があります。

 

(※化学ポテンシャルはこちらで解説しています)

 

まず、理解しやすい様に簡単に説明しますと、
電気化学ポテンシャルは化学ポテンシャルにnFEを加えたもの と言えます。
(n:反応に関わる電子数、F:ファラデー定数、E:ある基準点から測った時の電位)

 

また、nFEとは、ある基準点から測った時にEという電位に存在する1molの粒子のエネルギー
言えます。

 

まずは、抽象的な表現で電気化学ポテンシャルをまとめますね。

 

 

 

次に具体的な化学ポテンシャルと電気化学ポテンシャルの扱う対象と定義式を下に解説します。

 

 
きちんと理解して使い分けていきましょう。

 

 

ネルンストの式

電気化学ポテンシャルが理解できましたら、次はネルンストの式と呼ばれる
ある電子授受平衡時の標準電極電位と電位の関係式について解説します。

 

電子授受平衡とは、荷電粒子の中でも電子のやり取りを含む化学平衡状態のことを表します。

 

この電子授受平衡における電極の電位は、標準電極電位と酸化体と還元体の表面の活量から
算出できるのです。

 

以下のこのネルンストの式を記載します。

 

 

 

ネルンストの式の応用方法はこちら、
具体的な導出方法についてはこちらで解説しています。

 

 

 

 

 

 

(※以下工事中)

 

標準電極電位の概要と電子エネルギーの軸の取り方

標準電極電位は物質により変化し、各々の物質の標準電極電位において電子授受平衡が成り立ちます。

 

上の例では酸化体/還元帯の組み合わせが、Cu2+/Cuの系を考えましたが、これらがH+\H2系の標準電極電位が基準(0)となります。

 


ここで電子のエネルギーを上方向に書いているのは、電子が自発的に移動する方向が上から下となり、自発変化の方向が直感的にわかるからです。

 

これに伴い、電位は上が−となります(電子は負の電荷を持っているためです)。

 

※電気化学的な反応を考える上でとても重要な表記方法です。

 

また、この例では、電子移動が起こる条件が揃っている場合(電解質が存在する等)2H++2e−?H2系から Cu2++2e-?Cu系へ電子の移動が自発的に進みます。

 

 


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