ความแตกต่างระหว่างสมการ Nernst และสมการโกลด์แมน

2024 ผู้เขียน: Alex Aldridge | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 13:51

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างสมการ Nernst และสมการ Goldman คือสมการ Nernst อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างศักย์ไฟฟ้าลดกับศักย์ไฟฟ้ามาตรฐาน ในขณะที่สมการ Goldman เป็นอนุพันธ์ของสมการ Nernst และอธิบายศักยภาพการกลับตัวของเยื่อหุ้มเซลล์

เซลล์ไฟฟ้าเคมีเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่สามารถผลิตไฟฟ้าโดยใช้พลังงานเคมีของปฏิกิริยาเคมี มิฉะนั้น เราสามารถใช้อุปกรณ์เหล่านี้เพื่อช่วยในปฏิกิริยาเคมีโดยการจัดหาพลังงานที่จำเป็นจากไฟฟ้า ศักยภาพการลดลงของเซลล์ไฟฟ้าเคมีกำหนดความสามารถของเซลล์ในการผลิตไฟฟ้า

สมการ Nernst คืออะไร

สมการเนิร์นสต์คือนิพจน์ทางคณิตศาสตร์ที่ให้ความสัมพันธ์ระหว่างศักยภาพการรีดักชันกับศักย์การลดมาตรฐานของเซลล์ไฟฟ้าเคมี สมการนี้ตั้งชื่อตามนักวิทยาศาสตร์ W alther Nernst และได้รับการพัฒนาโดยใช้ปัจจัยอื่นๆ ที่ส่งผลต่อปฏิกิริยาการเกิดออกซิเดชันและปฏิกิริยารีดักชันของไฟฟ้าเคมี เช่น อุณหภูมิและกิจกรรมทางเคมีของสารเคมีที่เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันและการลดลง

เมื่อได้สมการ Nernst เราต้องพิจารณาการเปลี่ยนแปลงมาตรฐานของพลังงานกิ๊บส์ฟรีที่เกี่ยวข้องกับการแปลงไฟฟ้าเคมีที่เกิดขึ้นในเซลล์ ปฏิกิริยารีดักชันของเซลล์ไฟฟ้าเคมีสามารถกำหนดได้ดังนี้:

Ox + z e^{– ⟶ สีแดง}

ตามอุณหพลศาสตร์ การเปลี่ยนแปลงพลังงานอิสระที่แท้จริงของปฏิกิริยาคือ

E=E_reduction – E_{ออกซิเดชัน}

อย่างไรก็ตาม กิ๊บส์ฟรีพลังงาน(ΔG) เกี่ยวข้องกับ E (ความต่างศักย์) ดังนี้:

ΔG=-nFE

โดยที่ n คือจำนวนอิเล็กตรอนที่ถ่ายโอนระหว่างสปีชีส์เคมีเมื่อปฏิกิริยาดำเนินไป F คือค่าคงที่ฟาราเดย์ หากเราพิจารณาเงื่อนไขมาตรฐาน สมการจะเป็นดังนี้:

ΔG⁰=-nFE⁰

เราสามารถเชื่อมโยงพลังงานกิ๊บส์ฟรีของเงื่อนไขที่ไม่ได้มาตรฐานกับพลังงานกิ๊บส์ของเงื่อนไขมาตรฐานผ่านสมการต่อไปนี้

ΔG=ΔG^{0 + RTlnQ}

จากนั้น เราสามารถแทนที่สมการข้างต้นลงในสมการมาตรฐานนี้เพื่อให้ได้สมการ Nernst ได้ดังนี้:

-nFE=-nFE^{0 + RTlnQ}

อย่างไรก็ตาม เราสามารถเขียนสมการข้างต้นใหม่โดยใช้ค่าคงที่ฟาราเดย์และ R (ค่าคงที่ก๊าซสากล)

E=E^{0 – (0.0592VlnQ/n)}

สมการโกลด์แมนคืออะไร

สมการโกลด์แมนมีประโยชน์ในการพิจารณาศักยภาพย้อนกลับของเยื่อหุ้มเซลล์ในสรีรวิทยาของเยื่อหุ้มเซลล์ สมการนี้ตั้งชื่อตามนักวิทยาศาสตร์ David E. Goldman ผู้พัฒนาสมการนี้ และได้มาจากสมการเนิร์นสท์ สมการโกลด์แมนใช้การกระจายไอออนที่ไม่สม่ำเสมอทั่วทั้งเยื่อหุ้มเซลล์และความแตกต่างในการซึมผ่านของเมมเบรนเมื่อพิจารณาถึงศักยภาพย้อนกลับนี้ สมการจะเป็นดังนี้:

ที่ไหน

• Em คือความต่างศักย์ระหว่างเยื่อหุ้มเซลล์
• R คือค่าคงที่แก๊สสากล
• T คืออุณหภูมิเทอร์โมไดนามิก
• Z คือจำนวนโมลของอิเล็กตรอนที่ถ่ายโอนระหว่างสปีชีส์เคมี
• F คือค่าคงที่ฟาราเดย์
• P_{A หรือ B คือการซึมผ่านของเมมเบรนไปยังไอออน A หรือ B และ}
• [A หรือ B]_{i คือความเข้มข้นของไอออน A หรือ B ภายในเยื่อหุ้มเซลล์}

สมการ Nernst และสมการ Goldman ต่างกันอย่างไร

สมการ Nernst และสมการโกลด์แมนคือนิพจน์ทางคณิตศาสตร์ที่สามารถใช้เป็นการวัดศักยภาพของเซลล์ไฟฟ้าเคมีได้ ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างสมการ Nernst และสมการ Goldman คือสมการ Nernst อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างศักย์ไฟฟ้ารีดักชันและศักย์ไฟฟ้ามาตรฐาน ในขณะที่สมการโกลด์แมนเป็นอนุพันธ์ของสมการ Nernst และอธิบายศักยภาพการพลิกกลับของเยื่อหุ้มเซลล์

อินโฟกราฟิกด้านล่างสรุปความแตกต่างระหว่างสมการ Nernst และสมการ Goldman

สรุป – สมการ Nernst กับสมการ Goldman

สมการ Nernst และสมการโกลด์แมนคือนิพจน์ทางคณิตศาสตร์ที่สามารถใช้เป็นการวัดศักยภาพของเซลล์ไฟฟ้าเคมีได้ ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างสมการ Nernst และสมการ Goldman คือสมการ Nernst อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างศักยภาพการรีดักชันและศักย์ไฟฟ้ามาตรฐาน แต่สมการของโกลด์แมนเป็นอนุพันธ์ของสมการ Nernst และอธิบายศักยภาพการพลิกกลับของเยื่อหุ้มเซลล์