La ecuación de Nernst describe cómo depende el potencial electroquímico de una reacción redox de la temperatura y de las concentraciones de las sustancias implicadas. Es una de las herramientas más importantes de la electroquímica y explica, entre otras cosas, por qué funcionan los electrodos de pH y cómo surge el potencial redox (ORP) del agua — por ejemplo durante la electrólisis del agua o en los ionizadores de agua. Este artículo explica la fórmula, su derivación y sus aplicaciones con ejemplos resueltos.
Calculadora de la ecuación de Nernst
| Potencial E (V) | |
|---|---|
| Pendiente (mV/década) |
E = E° − (R·T / n·F)·ln Q, con R = 8,314 J/mol·K, F = 96 485 C/mol. A 25 °C la pendiente 2,303·R·T/F ≈ 59,16 mV por década.
¿Qué es la ecuación de Nernst?
Bautizada en honor al químico Walther Nernst (Premio Nobel 1920), la ecuación vincula el potencial estándar de una reacción (medido en condiciones normalizadas) con el potencial real bajo condiciones reales. Responde a la pregunta: ¿cómo varía el voltaje de una celda electroquímica cuando cambian la concentración o la temperatura?
La fórmula
- E = potencial del electrodo real
- E° = potencial estándar
- R = constante universal de los gases (8,314 J/mol·K)
- T = temperatura en kelvin
- n = número de electrones transferidos
- F = constante de Faraday (96.485 C/mol)
- Q = cociente de reacción (relación de concentraciones)
Para temperatura ambiente (25 °C o 298 K) y al pasar del logaritmo natural al logaritmo en base 10, la ecuación se simplifica a la forma práctica:
El factor 0,0592 V (redondeado frecuentemente a 59 mV) es la razón por la que el potencial varía aproximadamente 59 mV (dividido por n) por cada cambio decimal en la concentración.
Derivación en síntesis
La ecuación de Nernst se deriva de la termodinámica. El punto de partida es la energía libre de Gibbs de la reacción:
- ΔG = ΔG° + R·T·ln Q
- Relación con el voltaje: ΔG = −n·F·E y ΔG° = −n·F·E°
- Sustituyendo y reordenando se obtiene: E = E° − (R·T)/(n·F) · ln Q
La ecuación vincula así directamente la energía (ΔG) con un voltaje medible (E).
Ejemplo resuelto
Un ejemplo clásico es la medición del pH. Un electrodo de hidrógeno o de vidrio responde a la concentración de H⁺. Por cada unidad de pH (es decir, por cada cambio decimal en H⁺), el potencial varía aproximadamente 59 mV (para n = 1 a 25 °C). Este comportamiento es precisamente el que hace posibles los electrodos de pH — son la ecuación de Nernst aplicada.
El voltaje de descomposición teórico del agua (1,23 V) también se obtiene a partir de los potenciales estándar de las semirreacciones — un vínculo directo con la electrólisis del agua.
Potencial redox (ORP) e ionizadores de agua
El "potencial redox negativo" (ORP) del agua ionizada, tan frecuentemente anunciado, es esencialmente una magnitud de Nernst: depende de las sustancias disueltas, del hidrógeno disuelto y, sobre todo, del valor de pH. Como el valor de ORP está tan fuertemente influido por las condiciones de medición, debe tratarse con cautela como indicador de calidad único.
Para contextualizar las afirmaciones de marketing sobre el ORP, el artículo sobre el agua Kangen muestra la aplicación práctica — y el artículo sobre el valor ppm aborda la cuestión aparte de cuánto hidrógeno (H₂) está realmente disuelto. Ambas magnitudes se confunden a menudo en el marketing, pero son físicamente distintas.
Preguntas frecuentes (FAQ)
¿Para qué se usa la ecuación de Nernst?
Calcula el potencial real de una reacción redox a concentraciones y temperaturas reales — la base para baterías, medición de pH, ORP y química de la corrosión.
¿Cuál es la ecuación de Nernst?
E = E° − (R·T)/(n·F) · ln Q. A 25 °C se simplifica a E = E° − (0,0592/n) · log Q.
¿Qué significa el valor 0,0592 V?
Es (R·T/F)·ln 10 a 25 °C. Describe que el potencial varía aproximadamente 59 mV (dividido por n) por cada cambio decimal en la concentración.
¿Qué relación tiene la ecuación de Nernst con el agua?
Explica el potencial redox (ORP) del agua, el funcionamiento de los electrodos de pH y el voltaje de descomposición teórico durante la electrólisis.
