משוואת נרנסט

באלקטרוכימיה משוואת נרנסט מגדירה את פוטנציאל האלקטרודה E ביחס לפוטנציאל התקני E0 של זוג אלקטרודות או של חצי-תא בתא אלקטרוכימי. בפיזיולוגיה משתמשים בה כדי לחשב את הפוטנציאל החשמלי של קרום התא כאשר הממברנה חדירה ליון אחד. (ממברנה = השכבה הדקה שמפרידה בין פנים התא לסביבתו.)

הצורה הכללית של המשוואה היא: E = E^0 - (RT / nF) ln(a_red / a_ox). בטמפרטורת החדר (25°C) מקצרים את הקבועים ומקבלים: E = E^0 - (0.0592 / n) log([red] / [ox]).

בדוגמה פשוטה, בתא שבו אלקטרודת אבץ טבולה בתמיסה ואלקטרודת נחושת טבולה בתמיסה, המתח שמודד המולטימטר הוא פוטנציאל נרנסט.

בפיזיולוגיה לפעמים כותבים גרסה נפוצה נוספת לחישוב פוטנציאל יון בודד: E_ion = + (58 / n) log([יון מחוץ לתא] / [יון בתוך התא]). כאן RT/F בקירוב שווה ל-58 בטמפרטורת החדר, ו-n הוא מטען היון (למשל n=1 לאשלגן K+, n=2 לסידן Ca2+). כשמטען היון שלילי יש לשנות את הסימן לפני הלוגריתם.

אם הממברנה חדירה למספר יונים משתמשים במשוואת גולדמן-הודג'קין-כץ שהיא הרחבה של נרנסט.

משוואת נרנסט עוזרת לחשב כמה חשמל יש בקרום תא. יון הוא חלקיק עם מטען חשמלי. ממברנה היא דופן דקה שמפרידה בין פנים התא לסביבה.

אם הממברנה פתוחה רק ליון אחד, המשוואה נותנת את הפוטנציאל החשמלי. בטמפרטורת החדר משתמשים במספר 58 בחישוב הזה. לכל יון יש מטען: אשלגן בדרך כלל +1, סידן +2. אם היון שלילי צריך להפוך את הסימן בחישוב.

בדוגמה פשוטה, בתא עם אלקטרודות אבץ ונחושת מודד מכשיר מתח. המתח הזה נקרא פוטנציאל נרנסט.

כשיש כמה סוגים של יונים בו־זמנית משתמשים בנוסחה אחרת. השם שלה הוא גולדמן-הודג'קין-כץ.