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Ecuación de Nernst: potencial de un par redox

Calcula el potencial de electrodo de un par Ox/Red a partir de su potencial estándar y las concentraciones, a 25 °C o a otra temperatura.

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Resultados

Potencial de electrodo E

0,31042 V

Factor 2,303·RT/nF
29,58 mV
Desviación respecto al potencial estándar E − E°
-29,58 mV
Cociente [Ox]/[Red]
0,1

El potencial depende de la concentración

Los potenciales estándar de reducción E° que aparecen en las tablas corresponden a condiciones estándar: concentraciones de 1 mol/L, gases a 1 bar y 25 °C. En la realidad las concentraciones son otras, y el potencial cambia. La ecuación de Nernst, formulada por Walther Nernst en 1889, permite calcularlo.

La ecuación

Para la semirreacción Ox + n e⁻ → Red:

E = E° + (RT / nF) × ln([Ox] / [Red])

A 25 °C, pasando a logaritmo decimal:

E = E° + (0,0592 / n) × log([Ox] / [Red])

  • R = 8,314 J/(mol·K), F = 96.485 C/mol y T en kelvin.
  • n: electrones intercambiados.
  • Los sólidos puros y el disolvente tienen actividad 1; los gases se expresan como presión parcial en bar.

Ejemplo resuelto

Electrodo de cobre en una disolución de Cu²⁺ 0,1 mol/L, a 25 °C:

  • E° (Cu²⁺/Cu) = 0,34 V y n = 2.
  • Factor de Nernst: 0,0592 ÷ 2 = 0,0296 V, es decir, 29,6 mV por década.
  • E = 0,34 + 0,0296 × log(0,1 ÷ 1) = 0,34 − 0,0296 = 0,310 V.

Diluir diez veces el ion cobre baja el potencial unos 30 mV.

La pila Daniell

Una pila Daniell combina un electrodo de cinc en Zn²⁺ y uno de cobre en Cu²⁺:

  • Cátodo (reducción): Cu²⁺/Cu, E° = +0,34 V.
  • Ánodo (oxidación): Zn²⁺/Zn, E° = −0,76 V.
  • Fuerza electromotriz estándar: 0,34 − (−0,76) = 1,10 V.

Con concentraciones distintas de 1 mol/L, se calcula E para cada electrodo con Nernst y se restan.

Potenciales estándar habituales

Par E° (V)
Li⁺/Li −3,04
Zn²⁺/Zn −0,76
Fe²⁺/Fe −0,44
2H⁺/H₂ 0,00
Cu²⁺/Cu +0,34
Fe³⁺/Fe²⁺ +0,77
Ag⁺/Ag +0,80
MnO₄⁻/Mn²⁺ +1,51

Aplicaciones

  • pH-metros: el electrodo de vidrio responde unos 59 mV por unidad de pH a 25 °C, una aplicación directa de la ecuación.
  • Electrodos selectivos de iones como el fluoruro, el sodio o el potasio, usados en analizadores clínicos.
  • Potencial de membrana en fisiología: la ecuación de Nernst da el potencial de equilibrio de cada ion en las neuronas, unos −90 mV para el potasio.
  • Baterías: explica por qué el voltaje de una pila baja a medida que se agota.
  • Corrosión: permite prever qué metal se oxida en contacto con otro.

Relación con la energía libre

ΔG = −nFE. Un potencial de pila positivo corresponde a una reacción espontánea. En el equilibrio, E = 0 y se obtiene la constante: log K = nE° ÷ 0,0592 a 25 °C.

Preguntas frecuentes

¿Qué es la ecuación de Nernst?

Para un par Ox/Red, E = E° + (RT/nF) ln([Ox]/[Red]). A 25 °C se escribe E = E° + (0,059/n) log([Ox]/[Red]).

¿Un ejemplo?

Para el par Cu²⁺/Cu (E° = 0,34 V, n = 2) con [Cu²⁺] = 0,1 mol/L y cobre metálico de actividad 1: E = 0,34 + 0,0296 × log 0,1 = 0,310 V.

¿Cómo se calcula la fuerza electromotriz de una pila?

Se calcula el potencial de cada electrodo con la ecuación de Nernst y se restan: fem = E(cátodo) − E(ánodo). Una pila Daniell en condiciones estándar da 1,10 V.

¿Qué actividad tienen un sólido o el disolvente?

Vale 1. Para un gas se usa su presión parcial dividida entre la presión estándar de 1 bar.

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Resultados orientativos con fines informativos. No sustituyen el consejo de un profesional.