Demonstração - Lei de Nernst
Enviado: 04 Jul 2012, 22:44
Hipótese:
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Demonstre que a força eletromotriz de uma pilha seca, nas condições normais de temperatura e pressão, é dada exclusivamente em função das concentrações de espécies ativas em oxi-redução nessa pilha.
Demonstração
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Seja [tex3]T[/tex3] a temperatura padrão das espécies ativas. A variação entrópica de estado dessas espécias é dada pela equação de Hussel-Nernst:
[tex3]G \, = \,G^{0} \, + \, R\cdot T \cdot \ln \, Q \,\,\,\, (I)[/tex3]
Mas, pela lei de atividade das massas, temos que:
[tex3]G \, = \, - \, n \cdot F \cdot E \,\,\,\, (II)[/tex3]
Substituindo (II) em (I):
[tex3]- \, n\cdot F \cdot E \, = \, - \, n \cdot F \cdot E^{0} \, + \, R \cdot T \cdot \ln \, Q \\ \\ \frac{- \, n\cdot F \cdot E}{\left(-n\cdot F\right)} \, = \, \frac{- \, n \cdot F \cdot E^{0}}{\left(- \, n \cdot F\right)} \, + \, \frac{R \cdot T \cdot \ln \, Q}{\left(- \, n \cdot F\right)} \,\,\, \Rightarrow \,\,\, E \, = \, E^{0} \, - \, \frac{R \cdot T}{n \cdot F} \cdot \ln \, Q[/tex3]
Uma vez que as espécies se encontram nas CNTP, podemos considerar [tex3]\frac{R \cdot T}{n \cdot F} \, = \, k[/tex3]. Onde [tex3]k[/tex3] é constante:
[tex3]E \, = \, E^{0} \, - \, \frac{R \cdot T}{n \cdot F} \cdot \ln \, Q \,\,\, \Longrightarrow \,\,\, \boxed{\boxed{E \, = \, E_{0} \, - \, k \cdot \, \ln \, Q}}[/tex3]
Como podemos observar, nas condições normais de temperatura e pressão, a força eletromotriz ([tex3]E[/tex3]) é dada pelo quoeficente de reação ([tex3]Q[/tex3]) das espécies que se oxidam e se reduz na células eletrolíticas da pilha.
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Demonstre que a força eletromotriz de uma pilha seca, nas condições normais de temperatura e pressão, é dada exclusivamente em função das concentrações de espécies ativas em oxi-redução nessa pilha.
Demonstração
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Seja [tex3]T[/tex3] a temperatura padrão das espécies ativas. A variação entrópica de estado dessas espécias é dada pela equação de Hussel-Nernst:
[tex3]G \, = \,G^{0} \, + \, R\cdot T \cdot \ln \, Q \,\,\,\, (I)[/tex3]
Mas, pela lei de atividade das massas, temos que:
[tex3]G \, = \, - \, n \cdot F \cdot E \,\,\,\, (II)[/tex3]
Substituindo (II) em (I):
[tex3]- \, n\cdot F \cdot E \, = \, - \, n \cdot F \cdot E^{0} \, + \, R \cdot T \cdot \ln \, Q \\ \\ \frac{- \, n\cdot F \cdot E}{\left(-n\cdot F\right)} \, = \, \frac{- \, n \cdot F \cdot E^{0}}{\left(- \, n \cdot F\right)} \, + \, \frac{R \cdot T \cdot \ln \, Q}{\left(- \, n \cdot F\right)} \,\,\, \Rightarrow \,\,\, E \, = \, E^{0} \, - \, \frac{R \cdot T}{n \cdot F} \cdot \ln \, Q[/tex3]
Uma vez que as espécies se encontram nas CNTP, podemos considerar [tex3]\frac{R \cdot T}{n \cdot F} \, = \, k[/tex3]. Onde [tex3]k[/tex3] é constante:
[tex3]E \, = \, E^{0} \, - \, \frac{R \cdot T}{n \cdot F} \cdot \ln \, Q \,\,\, \Longrightarrow \,\,\, \boxed{\boxed{E \, = \, E_{0} \, - \, k \cdot \, \ln \, Q}}[/tex3]
Como podemos observar, nas condições normais de temperatura e pressão, a força eletromotriz ([tex3]E[/tex3]) é dada pelo quoeficente de reação ([tex3]Q[/tex3]) das espécies que se oxidam e se reduz na células eletrolíticas da pilha.