ネルンストポテンシャルとゼータ電位の違い

ネルンスト電位とゼータ電位の大きな違いは、ネルンスト電位が生物学的あるいは電気化学的な細胞を対象とするのに対し、ゼータ電位はコロイド分散を対象とすることである...

ネルンスト電位とゼータ電位の大きな違いは、ネルンスト電位が生体や電気化学細胞に特異的であるのに対し、ゼータ電位はコロイド分散系に特異的である点である。

ネルンストポテンシャル、ゼータポテンシャルは、物理化学の用語で、細胞膜、電気化学セル、分散媒中の分散粒子の膜など、あるものの間の電位差を表すのに使われる。

カタログ

1. 概要と主な違い 2. ネルンストポテンシャルとは 3. ゼータポテンシャルとは 4. 横並び比較-ネルンストポテンシャルとゼータポテンシャルの表形式 5. まとめ

ネルンストポテンシャルは何ですか？

ネルンスト電位または反転電位は、細胞膜を介した特定のイオンの純拡散を阻止する電位である。そのため、この用語は生化学に応用されている。細胞膜を通過しようとする）特定のイオンの細胞内外の濃度比からネルンスト電位を求めることができる。しかし、電気化学の分野では、電気化学セルに関してもこの用語が使われている。ネルンストポテンシャルを求める方程式をネルンスト方程式という。

ネルンスト方程式は、電気化学セルの還元電位と標準還元電位の関係を与える数式として記述することができる。この式は、科学者ヴァルター・ネルンストにちなんで命名された。さらに、電気化学的酸化還元反応に影響を与える他の要因、例えば酸化還元反応中の化学物質の温度や化学活性なども考慮して式が作成された。

ネルンスト方程式を求めるには、細胞内で起こる電気化学変換に関係するギブス自由エネルギーの標準的な変化を考慮する必要がある。電気化学セルにおける還元反応は次のようになる。

Ox+z e-⟶ Red

熱力学では、反応の実際の自由エネルギー変化は、次のようになります。

E = 還元・酸化

ギブスの自由エネルギー（ΔG）とE（電位差）を次のように関連づけることができる。

ΔG = -nFE

ここで、nは反応の進行に伴って化学物質間で移動する電子の数、Fはファラデー定数である。標準条件を考慮すると、この式は次のようになる。

ΔG0 = -nFE0

非標準条件付きギブス自由エネルギーと標準条件付きギブスエネルギーの関係は、以下の式で表すことができる。

ΔG=ΔG0+RTlnQ

そして、上記の式を標準式に代入すると、次のようなネルンスト方程式が得られる。

-nFE = -nFE0 + RTlnQ

すると、ネルンスト方程式は次のようになる。

E=E0-(RTlnQ/nF)

ゼータ電位は何ですか？

ゼータ電位とは、コロイド分散液の電位である。語源はギリシャ文字の「ゼータ」。一般に、これを電気ポテンシャルのゼータ電位と呼んでいる。すなわち、ゼータ電位は、コロイド分散液の分散粒子に付着した分散媒と固定液層との電位差である。つまり、ゼータ電位という用語は、粒子の表面電荷の指標を与えてくれるのである。ゼータ電位には、正のゼータ電位と負のゼータ電位の2種類があることが確認されています。さらに、このポテンシャルこそが、直流電場中の粒子の速度を測定するものである。

能斯特势(nernst potential)和zeta电位(zeta potential)的区别

図01：コロイド懸濁液中の粒子

いずれのタイプも、ゼータ電位が正であれば、ゼータ電位を測定した懸濁液中に分散している粒子が正の電荷を持っていることを示します。さらに、これらの値を考慮すると、正と負のゼータ電位に大きな差はないことがわかる。

一方、ゼータ電位がマイナスであることは、ゼータ電位を測定している懸濁液中の分散粒子がマイナスに帯電していることを示し、したがって分散粒子の電荷はマイナスであることを示します。