जैव रसायन विज्ञान में महत्वपूर्ण अर्ध-प्रतिक्रियाओं के लिए मानक कमी संभावनाओं की तालिका

नीचे दिए गए मान मानक स्पष्ट कमी क्षमताएं हैं $(E°')$ इलेक्ट्रो-बायोकेमिकल अर्ध-प्रतिक्रियाओं के लिए 25 डिग्री सेल्सियस, 1 वायुमंडल और जलीय घोल में 7 का पीएच मापा जाता है।

वास्तविक शारीरिक क्षमता कम हुए अनुपात पर निर्भर करती है ($Red$) और ऑक्सीकृत ($Ox$) नर्नस्ट समीकरण और थर्मल वोल्टेज के अनुसार बनता है।

जब एक ऑक्सीडाइज़र ($Ox$) इलेक्ट्रॉनों की संख्या z स्वीकार करता है को इसके संक्षिप्त रूप में परिवर्तित किया जाना है ($Red$), अर्ध-प्रतिक्रिया इस प्रकार व्यक्त की जाती है:


 * $Ox$ + z → $Red$

प्रतिक्रिया भागफल ($Q$r) रासायनिक गतिविधि का अनुपात है (एi) घटे हुए रूप का (रिडक्टेंट, एRed) ऑक्सीकृत रूप की गतिविधि के लिए (ऑक्सीडेंट, एox). यह उनकी सांद्रता के अनुपात के बराबर है (सीi) केवल तभी जब सिस्टम पर्याप्त रूप से पतला हो और गतिविधि गुणांक (γi) एकता के करीब हैं (एi = सीi Ci):


 * $$Q_r = \frac{a_\text{Red}}{a_\text{Ox}} = \frac{C_\text{Red}}{C_\text{Ox}}$$

नर्नस्ट समीकरण का एक कार्य है $Q_{r}$ और इसे इस प्रकार लिखा जा सकता है:

$$E_\text{red} = E^\ominus_\text{red} - \frac{RT}{zF} \ln Q_r=E^\ominus_\text{red} - \frac{RT}{zF} \ln\frac{a_\text{Red}}{a_\text{Ox}}.$$ रासायनिक संतुलन पर, प्रतिक्रिया भागफल $Q_{r}$ उत्पाद गतिविधि का (एRed) अभिकर्मक गतिविधि द्वारा (एOx) संतुलन स्थिरांक के बराबर है ($K$) आधी प्रतिक्रिया और प्रेरक शक्ति के अभाव में ($ΔG = 0$) सामर्थ ($E_{red}$) भी शून्य हो जाता है.

नर्नस्ट समीकरण का संख्यात्मक रूप से सरलीकृत रूप इस प्रकार व्यक्त किया गया है:


 * $$E_\text{red} = E^\ominus_\text{red} - \frac{0.059\ V}{z} \log_{10}\frac{a_\text{Red}}{a_\text{Ox}}$$

कहाँ $$E^\ominus_\text{red}$$ हाइड्रोजन की मानक कमी क्षमता बनाम व्यक्त की गई अर्ध-प्रतिक्रिया की मानक कमी क्षमता है। इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री में मानक स्थितियों के लिए (टी = 25 डिग्री सेल्सियस, पी = 1 एटीएम और सभी सांद्रता 1 मोल/ली, या 1 एम पर तय की जा रही है) हाइड्रोजन की मानक कमी क्षमता $$E^{\ominus}_\text{red H+}$$ परंपरा द्वारा शून्य पर तय किया गया है क्योंकि यह संदर्भ का कार्य करता है। मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड (SHE), के साथ [] = 1 एम इस प्रकार पीएच = 0 पर काम करता है।

pH = 7 पर, जब [] = 10−7एम, कमी की क्षमता $$E_\text{red}$$ का शून्य से भिन्न है क्योंकि यह pH पर निर्भर करता है।

दो प्रोटॉनों के हाइड्रोजन गैस में अपचयन की अर्ध-प्रतिक्रिया के लिए नर्नस्ट समीकरण को हल करने पर प्राप्त होता है:




 * $$E_\text{red} = E^{\ominus}_\text{red} - 0.05916 \ pH$$
 * $$E_\text{red} = 0 - \left(0.05916 \ \text{×} \ 7\right) = -0.414 \ V$$

जैव रसायन और जैविक तरल पदार्थों में, पीएच = 7 पर, यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि प्रोटॉन की कमी क्षमता हाइड्रोजन गैस में {{chem|H|2}1 एम पर मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड (एसएचई) की तरह } अब शून्य नहीं है  (पीएच = 0) शास्त्रीय इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री में, लेकिन वह $$E_\text{red} = -0.414\mathrm V$$ बनाम मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड (SHE)।

यही बात ऑक्सीजन की कमी क्षमता के लिए भी लागू होती है:



के लिए $2 H+ + 2 e- <-> H2$, $$E^{\ominus}_\text{red}$$ = 1.229 वी, इसलिए, पीएच = 7 के लिए नर्नस्ट समीकरण लागू करने से प्राप्त होता है:


 * $$E_\text{red} = E^{\ominus}_\text{red} - 0.05916 \ pH$$
 * $$E_\text{red} = 1.229 - \left(0.05916 \ \text{×} \ 7\right) = 0.815 \ V$$

जैविक प्रणालियों के लिए प्रासंगिक रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं के लिए पीएच = 7 पर कमी क्षमता के मूल्यों को प्राप्त करने के लिए, पीएच के एक फ़ंक्शन के रूप में व्यक्त संबंधित नर्नस्ट समीकरण का उपयोग करके उसी प्रकार का रूपांतरण अभ्यास किया जाता है।

रूपांतरण सरल है, लेकिन इस बात का ध्यान रखा जाना चाहिए कि अनजाने में पीएच = 7 पर परिवर्तित कमी क्षमता को एसएचई (पीएच = 0) का संदर्भ देने वाली तालिकाओं से सीधे लिए गए अन्य डेटा के साथ न मिलाएं।

पीएच के एक फलन के रूप में नर्नस्ट समीकरण की अभिव्यक्ति
$$E_h$$ किसी समाधान का h> और pH नर्नस्ट समीकरण से संबंधित होता है जैसा कि आमतौर पर पौरबैक्स आरेख द्वारा दर्शाया जाता है ($E_h$ – pH plot). आधे सेल समीकरण के लिए, पारंपरिक रूप से कमी प्रतिक्रिया के रूप में लिखा जाता है (यानी, बाईं ओर ऑक्सीडेंट द्वारा स्वीकार किए गए इलेक्ट्रॉन):



अर्ध-सेल मानक कमी क्षमता $$E^{\ominus}_\text{red}$$ द्वारा दिया गया है


 * $$E^{\ominus}_\text{red} (\text{volt}) = -\frac{\Delta G^\ominus}{zF}$$

कहाँ $$\Delta G^\ominus$$ मानक गिब्स मुक्त ऊर्जा परिवर्तन है, $z$ शामिल इलेक्ट्रॉनों की संख्या है, और $F$ फैराडे का स्थिरांक है। नर्नस्ट समीकरण pH और से संबंधित है $$E_h$$:


 * $$E_h = E_\text{red} = E^{\ominus}_\text{red} - \frac{0.05916}{z} \log\left(\frac{\{C\}^c\{D\}^d}{\{A\}^a\{B\}^b}\right) - \frac{0.05916\,h}{z} \text{pH}$$

जहां घुंघराले ब्रेसिज़ { } गतिविधि (रसायन विज्ञान) को दर्शाते हैं, और घातांक पारंपरिक तरीके से दिखाए जाते हैं। यह समीकरण एक सीधी रेखा का समीकरण है $$E_h$$ के ढलान के साथ पीएच के एक कार्य के रूप में $$-0.05916\,\left(\frac{h}{z}\right)$$ वोल्ट (पीएच की कोई इकाई नहीं है)।

यह समीकरण कम की भविष्यवाणी करता है $$E_h$$ उच्च पीएच मान पर. यह O की कमी के लिए देखा जाता है2 एच में2ओ, या ओह−, और H की कमी के लिए+एच में2.

पीएच निर्भरता के साथ संयुक्त औपचारिक मानक कटौती क्षमता
समाधान में रेडॉक्स-सक्रिय प्रजातियों की मापी गई सांद्रता के एक फ़ंक्शन के रूप में कमी की क्षमता प्राप्त करने के लिए, गतिविधियों को सांद्रता के एक फ़ंक्शन के रूप में व्यक्त करना आवश्यक है।


 * $$E_h = E_\text{red} = E^{\ominus}_\text{red} - \frac{0.05916}{z} \log\left(\frac{\{C\}^c\{D\}^d}{\{A\}^a\{B\}^b}\right) - \frac{0.05916\,h}{z} \text{pH}$$

यह देखते हुए कि यहां { } द्वारा निरूपित रासायनिक गतिविधि, [ ] द्वारा निरूपित एकाग्रता द्वारा गतिविधि गुणांक γ का उत्पाद है: ai = सीi·सीi, यहाँ {X} = γ के रूप में व्यक्त किया गया हैx [एक्स] और {एक्स}x = (सीx)एक्स [एक्स]x और किसी उत्पाद के लघुगणक को लघुगणक के योग से प्रतिस्थापित करना (यानी, लॉग (ए·बी) = लॉग ए + लॉग बी), प्रतिक्रिया भागफल का लॉग ($$Q_r$$) (बिना {एच+} पहले से ही अंतिम पद में h pH के रूप में पृथक किया गया है) को यहां ऊपर गतिविधियों के साथ व्यक्त किया गया है { } बन जाता है:


 * $$\log\left(\frac{\{C\}^c\{D\}^d}{\{A\}^a\{B\}^b}\right) = \log\left(\frac{\left({\gamma_\text{C}}\right)^c \left({\gamma_\text{D}}\right)^d}{\left({\gamma_\text{A}}\right)^a \left({\gamma_\text{B}}\right)^b}\right)+ \log\left(\frac{\left[C\right]^c\left[D\right]^d}{\left[A\right]^a\left[B\right]^b}\right)$$

यह नर्नस्ट समीकरण को इस प्रकार पुनर्गठित करने की अनुमति देता है:


 * $$E_h = E_\text{red} = \underbrace{\left(E^{\ominus}_\text{red} - \frac{0.05916}{z} \log\left(\frac{\left({\gamma_\text{C}}\right)^c \left({\gamma_\text{D}}\right)^d}{\left({\gamma_\text{A}}\right)^a \left({\gamma_\text{B}}\right)^b}\right)\right)}_{E^{\ominus '}_\text{red}} - \frac{0.05916}{z} \log\left(\frac{\left[C\right]^c\left[D\right]^d}{\left[A\right]^a\left[B\right]^b}\right) - \frac{0.05916\,h}{z} \text{pH}$$
 * $$E_h = E_\text{red} = E^{\ominus '}_\text{red} - \frac{0.05916}{z} \log\left(\frac{\left[C\right]^c\left[D\right]^d}{\left[A\right]^a\left[B\right]^b}\right) - \frac{0.05916\,h}{z} \text{pH}$$

कहाँ $$E^{\ominus '}_\text{red}$$ गतिविधि गुणांक सहित पीएच से स्वतंत्र औपचारिक मानक क्षमता है।

का मेल $$E^{\ominus '}_\text{red}$$ पीएच के आधार पर सीधे अंतिम पद के साथ देता है:


 * $$E_h = E_\text{red} = \left(E^{\ominus '}_\text{red} - \frac{0.05916\,h}{z} \text{pH} \right)- \frac{0.05916}{z} \log\left(\frac{\left[C\right]^c\left[D\right]^d}{\left[A\right]^a\left[B\right]^b}\right)$$

pH = 7 के लिए:


 * $$E_h = E_\text{red} = \underbrace{\left(E^{\ominus '}_\text{red} - \frac{0.05916\,h}{z} \text{× 7} \right)}_{E^{\ominus '}_\text{red apparent at pH 7}} - \frac{0.05916}{z} \log\left(\frac{\left[C\right]^c\left[D\right]^d}{\left[A\right]^a\left[B\right]^b}\right)$$

इसलिए,


 * $$E_h = E_\text{red} = E^{\ominus '}_\text{red apparent at pH 7} - \frac{0.05916}{z} \log\left(\frac{\left[C\right]^c\left[D\right]^d}{\left[A\right]^a\left[B\right]^b}\right)$$

इसलिए यह जानना महत्वपूर्ण है कि पीएच = 7 पर रिपोर्ट की गई किसी जैव रासायनिक रेडॉक्स प्रक्रिया के लिए कमी की क्षमता के मूल्य को कौन सी सटीक परिभाषा संदर्भित करती है, और उपयोग किए गए रिश्ते को सही ढंग से समझें।

क्या यह बस है: इस प्रकार, विचाराधीन कटौती क्षमता की स्पष्ट परिभाषा और उन स्थितियों का पर्याप्त विस्तृत विवरण, जिनमें यह मान्य है, के साथ-साथ संबंधित नर्नस्ट समीकरण की पूरी अभिव्यक्ति की आवश्यकता है। क्या रिपोर्ट किए गए मान केवल थर्मोडायनामिक गणनाओं से प्राप्त किए गए थे, या प्रायोगिक मापों से निर्धारित किए गए थे और किन विशिष्ट परिस्थितियों में? इन प्रश्नों का सही उत्तर देने में सक्षम होने के बिना, विभिन्न स्रोतों से डेटा को उचित रूपांतरण के बिना मिलाने से त्रुटियां और भ्रम पैदा हो सकता है।
 * $$E_h = E_\text{red}$$ पीएच 7 पर गणना (गतिविधि गुणांक के लिए सुधार के साथ या बिना),
 * $$E^{\ominus '}_\text{red}$$, गतिविधि गुणांक सहित एक औपचारिक मानक कमी क्षमता लेकिन कोई पीएच गणना नहीं, या, क्या यह है,
 * $$E^{\ominus '}_\text{red apparent at pH 7}$$, दी गई स्थितियों में पीएच 7 पर एक स्पष्ट औपचारिक मानक कमी क्षमता और अनुपात पर भी निर्भर करता है $$\frac{h} {z} = \frac{\text{(number of involved protons)}} {\text{(number of exchanged electrons)}}$$.

औपचारिक मानक कमी क्षमता का निर्धारण कब $C_{red}⁄C_{ox}$ = 1
औपचारिक मानक कमी की संभावना $$E^{\ominus '}_\text{red}$$ मापी गई कमी क्षमता के रूप में परिभाषित किया जा सकता है $$E_\text{red}$$ ऑक्सीकृत और अपचित प्रजातियों की एकता सांद्रता अनुपात पर अर्ध-प्रतिक्रिया (अर्थात्, जब $C_{red}⁄C_{ox}$ = 1) दी गई शर्तों के तहत।

वास्तव में:

जैसा, $$E_\text{red} = E^{\ominus}_\text{red}$$, कब $$\frac{a_\text{red}} {a_\text{ox}} = 1$$,


 * $$E_\text{red} = E^{\ominus'}_\text{red}$$, कब $$\frac{C_\text{red}} {C_\text{ox}} = 1$$,

क्योंकि $$\ln{1} = 0$$, और वह शब्द $$\frac{\gamma_\text{red}} {\gamma_\text{ox}}$$ में शामिल है $$E^{\ominus '}_\text{red}$$.

औपचारिक कमी क्षमता रासायनिक गतिविधि के स्थान पर मोलर सांद्रता या मोललिटी सांद्रता के साथ अधिक आसानी से काम करना संभव बनाती है। क्योंकि मोलर और मोलल सांद्रता को एक बार औपचारिक सांद्रता के रूप में संदर्भित किया जाता था, यह अभिव्यक्ति औपचारिक क्षमता में विशेषण औपचारिक की उत्पत्ति की व्याख्या कर सकता है।

इस प्रकार औपचारिक क्षमता एक समाधान में डूबे संतुलन पर इलेक्ट्रोड की प्रतिवर्ती क्षमता है जहां अभिकारक और उत्पाद इकाई एकाग्रता पर होते हैं। यदि क्षमता में कोई भी छोटा वृद्धिशील परिवर्तन प्रतिक्रिया की दिशा में परिवर्तन का कारण बनता है, यानी कमी से ऑक्सीकरण या इसके विपरीत, तो सिस्टम संतुलन के करीब है, उलटा है और अपनी औपचारिक क्षमता पर है। जब औपचारिक क्षमता को मानक परिस्थितियों में मापा जाता है (अर्थात प्रत्येक विघटित प्रजाति की गतिविधि 1 मोल/लीटर है, टी = 298.15 के = 25 डिग्री सेल्सियस = 77 डिग्री फ़ारेनहाइट, $P_{gas}$ = 1 बार) यह वास्तव में एक मानक क्षमता बन जाता है। ब्राउन और स्विफ्ट (1949) के अनुसार, एक औपचारिक क्षमता को आधे सेल की क्षमता के रूप में परिभाषित किया जाता है, जिसे मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड के विरुद्ध मापा जाता है, जब प्रत्येक ऑक्सीकरण अवस्था की कुल सांद्रता एक औपचारिक होती है।

गतिविधि गुणांक $$\gamma_{red}$$ और $$\gamma_{ox}$$ औपचारिक क्षमता में शामिल हैं $$E^{\ominus '}_\text{red}$$, और क्योंकि वे तापमान, आयनिक शक्ति और पीएच जैसी प्रायोगिक स्थितियों पर निर्भर करते हैं, $$E^{\ominus '}_\text{red}$$ इसे एक अपरिवर्तनीय मानक क्षमता के रूप में संदर्भित नहीं किया जा सकता है, लेकिन प्रयोगात्मक स्थितियों के प्रत्येक विशिष्ट सेट के लिए इसे व्यवस्थित रूप से निर्धारित करने की आवश्यकता है।

किसी विचारित प्रणाली के परिणामों की व्याख्या और गणना को सरल बनाने के लिए औपचारिक कमी की संभावनाओं को लागू किया जाता है। किसी भी भ्रम से बचने के लिए मानक कमी की संभावनाओं के साथ उनका संबंध स्पष्ट रूप से व्यक्त किया जाना चाहिए।

औपचारिक (या स्पष्ट) मानक कटौती क्षमता को प्रभावित करने वाले मुख्य कारक
औपचारिक (या स्पष्ट) कमी की संभावनाओं को प्रभावित करने वाला मुख्य कारक $$E^{\ominus '}_\text{red}$$ जैव रासायनिक या जैविक प्रक्रियाओं में pH होता है। औपचारिक कमी की संभावनाओं के अनुमानित मूल्यों को निर्धारित करने के लिए, आयनिक ताकत के कारण गतिविधि गुणांक में परिवर्तनों की उपेक्षा करते हुए, पहले संबंध को पीएच के एक फ़ंक्शन के रूप में व्यक्त करने का ध्यान रखते हुए नर्नस्ट समीकरण को लागू करना होगा। विचार किया जाने वाला दूसरा कारक नर्नस्ट समीकरण में ध्यान में रखी गई सांद्रता के मान हैं। जैव रासायनिक प्रतिक्रिया के लिए औपचारिक कमी क्षमता को परिभाषित करने के लिए, पीएच मान, सांद्रता मान और गतिविधि गुणांक पर बनाई गई परिकल्पनाओं को हमेशा स्पष्ट रूप से इंगित किया जाना चाहिए। कई औपचारिक (या स्पष्ट) कमी संभावनाओं का उपयोग या तुलना करते समय उन्हें आंतरिक रूप से सुसंगत होना चाहिए।

विभिन्न परंपराओं या अनुमानों (अर्थात, विभिन्न अंतर्निहित परिकल्पनाओं के साथ) का उपयोग करके डेटा के विभिन्न स्रोतों को मिलाते समय समस्याएँ उत्पन्न हो सकती हैं। अकार्बनिक और जैविक प्रक्रियाओं के बीच सीमा पर काम करते समय (उदाहरण के लिए, भू-रसायन विज्ञान में अजैविक और जैविक प्रक्रियाओं की तुलना करते समय जब सिस्टम में माइक्रोबियल गतिविधि भी काम पर हो सकती है), इस बात का ध्यान रखा जाना चाहिए कि अनजाने में सीधे मानक कमी की संभावनाओं को न मिलाएं ($$E^{\ominus}_\text{red}$$ बनाम एसएचई, पीएच = 0) औपचारिक (या स्पष्ट) कमी क्षमता के साथ ($$E^{\ominus'}_\text{red}$$ पीएच = 7 पर)। परिभाषाओं को स्पष्ट रूप से व्यक्त किया जाना चाहिए और सावधानीपूर्वक नियंत्रित किया जाना चाहिए, खासकर यदि डेटा के स्रोत अलग-अलग हैं और विभिन्न क्षेत्रों से उत्पन्न होते हैं (उदाहरण के लिए, शास्त्रीय इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री पाठ्यपुस्तकों से डेटा चुनना और सीधे मिश्रण करना)$$E^{\ominus}_\text{red}$$ बनाम एसएचई, पीएच = 0) और माइक्रोबायोलॉजी पाठ्यपुस्तकें ($$E^{\ominus'}_\text{red}$$ पीएच = 7 पर) उन परंपराओं पर ध्यान दिए बिना जिन पर वे आधारित हैं)।

जैव रसायन में उदाहरण
उदाहरण के लिए, जैसे दो इलेक्ट्रॉन युग्म में : ऑक्सीकृत और कम किए गए रूप के अनुपात में दस वृद्धि की प्रत्येक शक्ति के लिए कमी क्षमता ~ 30 एमवी (या अधिक सटीक, 59.16 एमवी/2 = 29.6 एमवी) अधिक सकारात्मक हो जाती है।

यह भी देखें

 * नर्नस्ट समीकरण
 * इलेक्ट्रॉन द्विभाजन
 * पौरबैक्स आरेख
 * कमी की संभावना
 * न्यूनीकरण क्षमता#नर्न्स्ट समीकरण
 * मानक इलेक्ट्रोड क्षमता
 * मानक कमी क्षमता
 * मानक कमी क्षमता (डेटा पृष्ठ)
 * मानक अवस्था

ग्रन्थसूची

 * Electrochemistry


 * Bio-electrochemistry


 * Microbiology