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1864 ¡– ¡1941; ¡Nobel ¡Prize ¡1920 ¡for ¡third ¡law ¡of ¡thermodynamics ¡
Nernst Chem 204 March 21, 2014 1864 1941; Nobel - - PowerPoint PPT Presentation
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Nernst Chem 204 March 21, 2014 1864 1941; Nobel Prize 1920 for third law of thermodynamics The Nernst EquaFon From the relaFonship between
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The ¡Nernst ¡EquaFon ¡
From ¡the ¡relaFonship ¡between ¡free ¡energy ¡under ¡ standard ¡condiFons ¡and ¡free ¡energy ¡under ¡nonstandard ¡condiFons ¡ ¡ ¡ ¡
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ConcentraFon ¡Cells ¡
- Consider ¡the ¡cell ¡
presented ¡on ¡the ¡leJ. ¡ ¡
- The ¡1/2 ¡cell ¡reacFons ¡
are ¡the ¡same, ¡it ¡is ¡just ¡ the ¡concentraFons ¡ that ¡differ. ¡ ¡
- Will ¡there ¡be ¡electron ¡
flow? ¡
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ConcentraFon ¡Cells ¡(cont.) ¡
Ag+ ¡+ ¡e-‑ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Ag ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡E°1/2 ¡= ¡0.80 ¡V ¡
- ¡What ¡if ¡both ¡sides ¡had ¡1 ¡M ¡
¡ ¡ ¡concentraFons ¡of ¡Ag+? ¡
- ¡E°1/2 ¡would ¡be ¡the ¡same; ¡ ¡
¡ ¡therefore, ¡E°cell ¡= ¡0. ¡
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ConcentraFon ¡Cells ¡(cont.) ¡
Ag ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Ag+ ¡+ ¡e-‑ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡E1/2 ¡= ¡? ¡V ¡ Anode: ¡ Ag+ ¡+ ¡e-‑ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Ag ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡E1/2 ¡= ¡0.80 ¡V ¡ Cathode: ¡
Q = Ag+
[ ]anode
Ag+
[ ]cathode
= 0.1 1 = 0.1
Ecell ¡= ¡E°cell ¡-‑ ¡(0.0591/n)log(Q) ¡
0 ¡V ¡
Ecell ¡= ¡-‑ ¡(0.0591)log(0.1) ¡= ¡0.0591 ¡V ¡
1 ¡ Overall: ¡ ¡Ag(anode) ¡+ ¡Ag+(cathode) ¡à ¡Ag+(anode) ¡ ¡+ ¡Ag(cathode) ¡
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ConcentraFon ¡Cells ¡(cont.) ¡
Another ¡Example: ¡ What ¡is ¡Ecell? ¡
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ConcentraFon ¡Cells ¡(cont.) ¡
Ecell ¡= ¡E°cell ¡-‑ ¡(0.0591/n)log(Q) ¡
0 ¡
Fe2+ ¡+ ¡2e-‑ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Fe ¡ 2 ¡e-‑ ¡transferred…n ¡= ¡2 ¡
2 ¡
Q = Fe2+
[ ]anode
Fe2+
[ ]cathode
= 0.01 .1 = 0.1
Ecell ¡= ¡-‑(0.0296)log(.1) ¡= ¡0.0296 ¡V ¡
anode ¡ cathode ¡ e-‑ ¡
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Measurement ¡of ¡pH ¡
- pH ¡meters ¡use ¡electrochemical ¡reacFons. ¡
- Ion ¡selecFve ¡probes: ¡ ¡respond ¡to ¡the ¡presence ¡of ¡
a ¡specific ¡ion. ¡ ¡pH ¡probes ¡are ¡sensiFve ¡to ¡H+. ¡
- Specific ¡reacFons: ¡
Hg2Cl2(s) ¡+ ¡2e-‑ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡2Hg(l) ¡+ ¡2Cl-‑(aq) ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡E°1/2 ¡= ¡0.27 ¡V ¡ Hg2Cl2(s) ¡+ ¡H2(g) ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡2Hg(l) ¡+ ¡2H+(aq) ¡+ ¡2Cl-‑(aq) ¡ H2(g) ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡2H+(aq) ¡+ ¡2e-‑ ¡ ¡ ¡ ¡E°1/2 ¡= ¡ ¡0.0 ¡V ¡ E°cell ¡= ¡ ¡0.27 ¡V ¡
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Measurement ¡of ¡pH ¡(cont.) ¡
Hg2Cl2(s) ¡+ ¡H2(g) ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡2Hg(l) ¡+ ¡2H+(aq) ¡+ ¡2Cl-‑(aq) ¡
- ¡ ¡What ¡if ¡we ¡let ¡[H+] ¡vary? ¡
Q = H +
[ ]
2 Cl!
[ ]
2
PH2 = H +
[ ]
2 Cl!
[ ]
2
Ecell ¡= ¡E°cell ¡-‑ ¡(0.0591/2)log(Q) ¡ Ecell ¡= ¡E°cell ¡-‑ ¡(0.0591/2)(2log[H+] ¡+ ¡2log[Cl-‑]) ¡ Ecell ¡= ¡E°cell ¡-‑ ¡(0.0591)(log[H+] ¡+ ¡log[Cl-‑]) ¡
saturate ¡ constant ¡
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Measurement ¡of ¡pH ¡(cont.) ¡
Ecell ¡= ¡E°cell ¡-‑ ¡(0.0591)log[H+] ¡+ ¡constant ¡
- ¡ ¡Ecell ¡is ¡directly ¡proporFonal ¡to ¡log ¡[H+] ¡
electrode ¡
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Nernst ¡and ¡neurobiology ¡
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General ¡thoughts ¡on ¡solving ¡problems ¡
- Nernst ¡only ¡helps ¡you ¡with ¡the ¡redox ¡reacFon ¡
- If ¡a ¡species ¡in ¡the ¡redox ¡reacFon ¡also ¡shows ¡
up ¡in ¡another ¡equilibrium ¡(Ka, ¡Ksp), ¡you ¡can ¡ usually ¡use ¡the ¡measured ¡potenFal ¡to ¡figure ¡
- ut ¡the ¡amount ¡of ¡that ¡species ¡and ¡therefore ¡