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Cómo usar la ecuación de Nernst

Dos formas de una misma ecuación

La ecuación de Nernst da el potencial de un electrodo, una celda o una membrana cuando las concentraciones no están en sus valores estándar. Químicos y biólogos la escriben de dos maneras.

Celda electroquímica: E = E° − (RT ÷ nF) × ln Q

Ion a través de una membrana: Eion = (RT ÷ zF) × ln([ion]fuera ÷ [ion]dentro)

R es 8,314 J/(mol·K), T la temperatura en kelvin, F 96.485 C/mol, n los electrones transferidos, z la carga del ion y Q el cociente de reacción.

Los atajos

Pasar de ln a log10 multiplica por 2,303. RT/F × 2,303 vale 59,16 mV a 25 °C y 61,5 mV a 37 °C, así que:

  • a 25 °C: E = E° − (0,05916 V ÷ n) × log Q
  • a 37 °C: Eion = (61,5 mV ÷ z) × log([fuera] ÷ [dentro])

Ejemplo: una pila de zinc y cobre

Zn | Zn2+ (1,0 M) || Cu2+ (0,010 M) | Cu a 25 °C, con E° = 1,10 V y n = 2. Q = [Zn2+] ÷ [Cu2+] = 100, y log 100 = 2.

E = 1,10 − (0,05916 ÷ 2) × 2 = 1,10 − 0,059 = 1,04 V. Bajar la concentración de iones de cobre baja el voltaje de la pila.

Ejemplo: iones a través de la membrana de una neurona

Con concentraciones típicas de mamífero a 37 °C:

IonFuera (mM)Dentro (mM)Potencial de equilibrio
K+514061,5 × log(5 ÷ 140) = −89 mV
Na+1451261,5 × log(145 ÷ 12) = +67 mV
Ca2+20,0001(61,5 ÷ 2) × log(20.000) = +132 mV
Cl−11010(61,5 ÷ −1) × log(11) = −64 mV

El potencial de reposo, alrededor de −70 mV, queda cerca del valor del K+ porque en reposo la membrana es permeable sobre todo al potasio. Para combinar varios iones según su permeabilidad, usa la ecuación de Goldman-Hodgkin-Katz.

Errores frecuentes

  • El signo de z. Para un anión como el Cl−, z es −1, lo que invierte el signo.
  • Fuera entre dentro. La forma de membrana pone la concentración exterior arriba. Si las intercambias, cambia el signo.
  • La temperatura. Usar 59 mV a temperatura corporal deja cada resultado un 4 % corto.
  • Actividades. En rigor la ecuación usa actividades, no concentraciones. En soluciones concentradas la diferencia se nota.

Calculadoras

La Calculadora de la ecuación de Nernst resuelve las dos formas a cualquier temperatura. Para la concentración de iones hidrógeno y el pH, usa la Calculadora de pH.

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