Разлика между уравнението на Нернст и уравнението на Голдман

2024 Автор: Alex Aldridge | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-17 13:30

Ключовата разлика между уравнението на Нернст и уравнението на Голдман е, че уравнението на Нернст описва връзката между редукционния потенциал и потенциала на стандартния електрод, докато уравнението на Голдман е производно на уравнението на Нернст и описва обратния потенциал през клетъчната мембрана.

Електрохимичната клетка е електрическо устройство, което може да генерира електричество, използвайки химическата енергия на химичните реакции. Или пък можем да използваме тези устройства за подпомагане на химични реакции чрез осигуряване на необходимата енергия от електричество. Редукционният потенциал на една електрохимична клетка определя способността на клетката да произвежда електричество.

Какво е уравнение на Нернст?

Уравнението на Нернст е математически израз, който дава връзката между редукционния потенциал и стандартния редукционен потенциал на електрохимична клетка. Уравнението е кръстено на учения Валтер Нернст. И той е разработен с помощта на други фактори, влияещи върху реакциите на електрохимично окисление и редукция, като температура и химическа активност на химически видове, които претърпяват окисляване и редукция.

Когато извеждаме уравнението на Нернст, трябва да вземем предвид стандартните промени в свободната енергия на Гибс, която е свързана с електрохимичните трансформации, които се случват в клетката. Реакцията на редукция на електрохимична клетка може да бъде дадена, както следва:

Ox + z e^{– ⟶ Червено}

Според термодинамиката действителната промяна на свободната енергия на реакцията е, E=E_{редукция} – E_{окисление}

Въпреки това свободната енергия на Гибс (ΔG) е свързана с E (потенциална разлика) както следва:

ΔG=-nFE

Където n е броят на електроните, прехвърлени между химически видове, когато реакцията протича, F е константата на Фарадей. Ако разгледаме стандартните условия, тогава уравнението е както следва:

ΔG⁰=-nFE⁰

Можем да свържем свободната енергия на Гибс при нестандартни условия с енергията на Гибс при стандартни условия чрез следното уравнение.

ΔG=ΔG^{0 + RTlnQ}

След това можем да заместим горните уравнения в това стандартно уравнение, за да получим уравнението на Нернст, както следва:

-nFE=-nFE^{0 + RTlnQ}

Можем обаче да пренапишем горното уравнение, като използваме стойностите за Фарадеева константа и R (универсална газова константа).

E=E^{0 – (0.0592VlnQ/n)}

Какво представлява уравнението на Голдман?

Уравнението на Голдман е полезно при определяне на обратния потенциал през клетъчна мембрана във физиологията на клетъчната мембрана. Това уравнение е кръстено на учения Дейвид Е. Голдман, който е разработил уравнението. И беше получено от уравнението на Нернст. Уравнението на Голдман взема предвид неравномерното разпределение на йони през клетъчната мембрана и разликите в пропускливостта на мембраната, когато определя този обратен потенциал. Уравнението е както следва:

Къде

• Em е потенциалната разлика през клетъчната мембрана,
• R е универсалната газова константа,
• T е термодинамичната температура,
• Z е броят молове електрони, които се прехвърлят между химически видове,
• F е константата на Фарадей,
• P_{A или B е пропускливостта на мембраната към A или B йон и}
• [A или B]_{i е концентрацията на A или B йон вътре в клетъчната мембрана.}

Каква е разликата между уравнението на Нернст и уравнението на Голдман?

Уравнението на Нернст и уравнението на Голдман са математически изрази, които могат да се използват като измервания на потенциала на електрохимичните клетки. Ключовата разлика между уравнението на Нернст и уравнението на Голдман е, че уравнението на Нернст описва връзката между редукционния потенциал и стандартния електроден потенциал, докато уравнението на Голдман е производно на уравнението на Нернст и описва обратния потенциал през клетъчната мембрана.

Инфографиката по-долу обобщава разликата между уравнението на Нернст и уравнението на Голдман.

Обобщение – уравнение на Нернст срещу уравнение на Голдман

Уравнението на Нернст и уравнението на Голдман са математически изрази, които могат да се използват като измервания на потенциала на електрохимичните клетки. Ключовата разлика между уравнението на Нернст и уравнението на Голдман е, че уравнението на Нернст описва връзката между редукционния потенциал и стандартния електроден потенциал, но уравнението на Голдман е производно на уравнението на Нернст и описва обратния потенциал през клетъчната мембрана.йени