1889년화학

네른스트 방정식

발터 네른스트가 전지의 기전력이 이온 농도와 온도에 따라 어떻게 변하는지를 열역학적으로 유도해 전기화학의 정량 기초를 확립했다.

“전지 전압은 농도에 따라 숨 쉬며 변한다 — 네른스트가 그 계산법을 줬다.”

이야기의 시작

배터리 전압은 고정값이 아니라 안에 담긴 용액의 농도에 따라 달라진다?

전지가 전압을 만들어 낸다는 것은 알았지만, 이온 농도나 온도가 바뀔 때 전압이 어떻게 변하는지 예측하는 공식이 없었다.

열역학 제2법칙을 전기화학에 적용해 전위와 농도의 관계를 수식으로 나타낼 수 있을까?

네른스트는 E = E° − (RT/nF)·ln Q를 유도해, 표준 전위에서 농도(반응 지수 Q)에 따른 보정량을 정확히 계산할 수 있게 했다.

전기화학이 열역학 위에 굳건히 세워졌고, 용액 화학 전반의 정량적 이해가 크게 깊어졌다.

네른스트는 열역학 제3법칙(절대영도에서 완전 결정의 엔트로피=0)도 제안해 1920년 노벨 화학상을 받았다.

신경세포 막전위, 리튬이온 배터리 충전 상태 계산, pH미터 원리, 연료전지 설계 모두 네른스트 방정식에서 나온다.