ネルンストの式: Nernst equation)とは、電気化学において、電池電極電位 E を記述した式である。1889年ヴァルター・ネルンストによって提出されたとされるが、実際にネルンストが提出した式や考え方は、現在知られているものとは異なる。現在、広く受け入れられている式は、化学ポテンシャルの考え方に基づいて導出される。

酸化還元反応におけるネルンストの式

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以下の式で示されるような酸化体Oxと還元体Redの間の電子授受平衡反応を考える。

 

このとき、系に挿入された不活性電極の持つ電位(電極電位)Eは、平衡時には以下の式で記述され、これを酸化還元反応におけるネルンストの式という。

 

なお、25 ℃ (298 K) においては、以下のように換算され、これも広く用いられる。

 

電気生理学におけるネルンストの式

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イオンXに対して透過性がある膜を隔てて、片側の区画(o)でのイオンXの濃度が[X]o、他方の区画(i)での濃度が[X]iであるとする。イオンXは濃度勾配にしたがって膜を透過するが、それによって生じる電荷の移動により、膜を隔てて電位差が生じる。平衡に達したときの区画oに対する区画iの電位Eは、以下の式で記述され、これを電気生理学におけるネルンストの式という。

 

平衡電位を境にしてイオンの流れる方向が逆になるので逆転電位(reversal potential)とも呼ばれる。なお、体内では主に、ナトリウムイオン、カリウムイオン、クロライドイオンが関わっているので、37℃(体温)において平衡電位をmVであらわすと、以下のように換算され、これも広く用いられる。

 

参考文献

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  • P. A. Atkins; J. de Paula 著、千原秀昭、中村亘男 訳『物理化学(上)』(8版)東京化学同人、2009年。ISBN 9784807906956 

関連項目

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