Η βασική διαφορά μεταξύ της εξίσωσης Nernst και της εξίσωσης Goldman είναι ότι η εξίσωση Nernst περιγράφει τη σχέση μεταξύ του δυναμικού μείωσης και του τυπικού δυναμικού ηλεκτροδίου, ενώ η εξίσωση Goldman είναι παράγωγο της εξίσωσης Nernst και περιγράφει το δυναμικό αντιστροφής σε μια κυτταρική μεμβράνη.
Ένα ηλεκτροχημικό στοιχείο είναι μια ηλεκτρική συσκευή που μπορεί να παράγει ηλεκτρική ενέργεια χρησιμοποιώντας τη χημική ενέργεια των χημικών αντιδράσεων. Διαφορετικά, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αυτές τις συσκευές για να βοηθήσουμε τις χημικές αντιδράσεις παρέχοντας την απαιτούμενη ενέργεια από την ηλεκτρική ενέργεια. Το δυναμικό μείωσης ενός ηλεκτροχημικού στοιχείου καθορίζει την ικανότητα του στοιχείου να παράγει ηλεκτρική ενέργεια.
Τι είναι η εξίσωση Nernst;
Η εξίσωση Nernst είναι μια μαθηματική έκφραση που δίνει τη σχέση μεταξύ του δυναμικού μείωσης και του τυπικού δυναμικού μείωσης ενός ηλεκτροχημικού στοιχείου. Η εξίσωση πήρε το όνομά της από τον επιστήμονα W alther Nernst. Και, αναπτύχθηκε χρησιμοποιώντας άλλους παράγοντες που επηρεάζουν τις αντιδράσεις ηλεκτροχημικής οξείδωσης και αναγωγής, όπως η θερμοκρασία και η χημική δραστηριότητα των χημικών ειδών που υφίστανται οξείδωση και αναγωγή.
Όταν εξάγουμε την εξίσωση Nernst, πρέπει να λάβουμε υπόψη τις τυπικές αλλαγές στην ελεύθερη ενέργεια Gibbs που σχετίζεται με ηλεκτροχημικούς μετασχηματισμούς που συμβαίνουν στο κύτταρο. Η αντίδραση αναγωγής ενός ηλεκτροχημικού στοιχείου μπορεί να δοθεί ως εξής:
Ox + z e– ⟶ Κόκκινο
Σύμφωνα με τη θερμοδυναμική, η πραγματική μεταβολή της ελεύθερης ενέργειας της αντίδρασης είναι, E=Ereduction – Eοξείδωση
Ωστόσο, η ελεύθερη ενέργεια Gibbs (ΔG) σχετίζεται με το E (διαφορά δυναμικού) ως εξής:
ΔG=-nFE
Όπου n είναι ο αριθμός των ηλεκτρονίων που μεταφέρονται μεταξύ των χημικών ειδών όταν η αντίδραση εξελίσσεται, F είναι η σταθερά Faraday. Αν λάβουμε υπόψη τις τυπικές συνθήκες, τότε η εξίσωση είναι η εξής:
ΔG0=-nFE0
Μπορούμε να συσχετίσουμε την ελεύθερη ενέργεια Gibbs των μη τυπικών συνθηκών με την ενέργεια Gibbs των τυπικών συνθηκών μέσω της ακόλουθης εξίσωσης.
ΔG=ΔG0 + RTlnQ
Στη συνέχεια, μπορούμε να αντικαταστήσουμε τις παραπάνω εξισώσεις σε αυτήν την τυπική εξίσωση για να πάρουμε την εξίσωση Nernst ως εξής:
-nFE=-nFE0 + RTlnQ
Ωστόσο, μπορούμε να ξαναγράψουμε την παραπάνω εξίσωση χρησιμοποιώντας τις τιμές για τη σταθερά Faraday και R (καθολική σταθερά αερίου).
E=E0 – (0,0592VlnQ/n)
Τι είναι η εξίσωση Goldman;
Η εξίσωση Goldman είναι χρήσιμη για τον προσδιορισμό του αντίστροφου δυναμικού σε μια κυτταρική μεμβράνη στη φυσιολογία της κυτταρικής μεμβράνης. Αυτή η εξίσωση πήρε το όνομά της από τον επιστήμονα David E. Goldman, ο οποίος ανέπτυξε την εξίσωση. Και, προήλθε από την εξίσωση Nernst. Η εξίσωση Goldman λαμβάνει υπόψη την ανομοιόμορφη κατανομή των ιόντων κατά μήκος της κυτταρικής μεμβράνης και τις διαφορές στη διαπερατότητα της μεμβράνης κατά τον προσδιορισμό αυτού του αντίστροφου δυναμικού. Η εξίσωση είναι η εξής:
Πού
- Em είναι η διαφορά δυναμικού σε όλη την κυτταρική μεμβράνη,
- R είναι η καθολική σταθερά αερίου,
- T είναι η θερμοδυναμική θερμοκρασία,
- Z είναι ο αριθμός των γραμμομορίων ηλεκτρονίων που μεταφέρονται μεταξύ χημικών ειδών,
- F είναι η σταθερά Faraday,
- PA ή B είναι η διαπερατότητα της μεμβράνης προς το ιόν Α ή Β, και
- [A ή B]i είναι η συγκέντρωση του ιόντος Α ή Β μέσα στην κυτταρική μεμβράνη.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της εξίσωσης Nernst και της εξίσωσης Goldman;
Η εξίσωση Nernst και η εξίσωση Goldman είναι μαθηματικές εκφράσεις που μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως μετρήσεις του δυναμικού των ηλεκτροχημικών στοιχείων. Η βασική διαφορά μεταξύ της εξίσωσης Nernst και της εξίσωσης Goldman είναι ότι η εξίσωση Nernst περιγράφει τη σχέση μεταξύ του δυναμικού μείωσης και του τυπικού δυναμικού ηλεκτροδίου, ενώ η εξίσωση Goldman είναι παράγωγο της εξίσωσης Nernst και περιγράφει το δυναμικό αντιστροφής σε μια κυτταρική μεμβράνη.
Το παρακάτω infographic συνοψίζει τη διαφορά μεταξύ της εξίσωσης Nernst και της εξίσωσης Goldman.
Σύνοψη – Nernst Equation vs Goldman Equation
Η εξίσωση Nernst και η εξίσωση Goldman είναι μαθηματικές εκφράσεις που μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως μετρήσεις του δυναμικού των ηλεκτροχημικών στοιχείων. Η βασική διαφορά μεταξύ της εξίσωσης Nernst και της εξίσωσης Goldman είναι ότι η εξίσωση Nernst περιγράφει τη σχέση μεταξύ του δυναμικού μείωσης και του τυπικού δυναμικού ηλεκτροδίου, αλλά η εξίσωση Goldman είναι παράγωγο της εξίσωσης Nernst και περιγράφει το δυναμικό αντιστροφής σε μια κυτταρική μεμβράνη.
