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

नीचे दिए गए मान मानक स्पष्ट कमी क्षमताएं $(E°')$ हैं, इस कारण विद्युत जैव रसायन में अर्ध-प्रतिक्रियाओं के लिए 25 डिग्री सेल्सियस तापमान पर 1 वायुमंडलीय दाब और जलीय घोल में 7 pH मापा जाता है।

वास्तविकता में इसकी भौतिक क्षमता कम होने के कारण यह अनुपात इस बात पर निर्भर करता है, कि लाल और ऑक्सीकृत ($Ox$) नर्नस्ट समीकरण और ऊष्मीय वोल्टेज के अनुसार बनाया जाता हैं।

जब ऑक्सीडाइज़र ($Ox$) इलेक्ट्रॉनों की संख्या z स्वीकार करता है, तो प्राप्त होने वाले को इसके संक्षिप्त रूप में परिवर्तित किया जाना है, जिसके लिए लाल अर्ध-प्रतिक्रिया इस प्रकार व्यक्त की जाती है:


 * $Ox$ + z → $Red$

प्रतिक्रिया भागफल ($Q$r) रासायनिक गतिविधि का अनुपात है, जहाँ पर (Ai) घटे हुए रूप का (रिडक्टेंट, ARed) ऑक्सीकृत रूप की गतिविधि के लिए (ऑक्सीडेंट, Aox) प्राप्त होता हैं। यह उनकी सांद्रता के अनुपात के बराबर है, इस प्रकार (Ci) को केवल तभी प्राप्त किया जाता हैं, जहाँ पर इस प्रणाली के लिए पर्याप्त रूप से यह आकार में पतला होता हैं और गतिविधि गुणांक (γi) के एकीकरण (Ai = Ci Ci) के समीप हैं :


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

नर्नस्ट समीकरण का कार्य $Q_{r}$ है, 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 (ARed) अभिकर्मक गतिविधि द्वारा (AOx) संतुलन स्थिरांक ($K$) के बराबर है, जहाँ पर अर्ध 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:


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

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

pH = 7 पर, जब [] = 10−7m, 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, pH = 7 पर यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि प्रोटॉन की कमी क्षमता हाइड्रोजन गैस में {{chem|H|2}1 m पर मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड (एसएचई) के समान } अब शून्य नहीं है, इसके कारण  (pH = 0) मौलिक इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री में, अपितु $$E_\text{red} = -0.414\mathrm V$$ के विरुद्ध मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड (SHE) के रूप में उपयोग करते हैं।

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



जिसके लिए $2 H+ + 2 e- <-> H2$, $$E^{\ominus}_\text{red}$$ = 1.229 वोल्ट, इसलिए, pH = 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 pH = 7 पर कमी क्षमता के मूल्यों को प्राप्त करने के लिए, pH के 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 pH = 7 पर परिवर्तित कमी क्षमता को SHI (pH = 0) का संदर्भ देने वाली तालिकाओं से सीधे लिए गए अन्य डेटा के साथ संयोजित नहीं करते हैं।

pH के फलन के रूप में नर्नस्ट समीकरण की अभिव्यक्ति
$$E_h$$ किसी समाधान का h> और pH नर्नस्ट समीकरण से संबंधित होता है, जैसा कि सामान्यतः 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 ,(अर्ताथ, बाईं ओर ऑक्सीडेंट द्वारा स्वीकार किए गए इलेक्ट्रॉन का उपयोग किया जाता हैं):



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


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

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


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

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

यह समीकरण कम की भविष्यवाणी करता है, जहाँ पर $$E_h$$ उच्च pH मान पर O2 की कमी के लिए देखा जाता है, इस प्रकार H2 में O, या OH−, और H+H2 की कमी के लिए उपयोग होता हैं।

pH निर्भरता के साथ संयुक्त औपचारिक मानक कटौती क्षमता
समाधान में रेडॉक्स-सक्रिय प्रजातियों की मापी गई सांद्रता के फ़ंक्शन के रूप में कमी की क्षमता प्राप्त करने के लिए, गतिविधियों को सांद्रता के 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 ai = Ci·Ci है, यहाँ {X} = γx [X] और {X}x = (सीx)X [X]x  के रूप में व्यक्त किया गया है, और किसी उत्पाद के लघुगणक को लघुगणक के योग से प्रतिस्थापित करना (अर्ताथ, log (A·B) = log A + log B), प्रतिक्रिया भागफल का log ($$Q_r$$) (बिना {H+} पहले से ही अंतिम पद में h pH के रूप में पृथक किया गया है, जिसको 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:


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

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

जिसके अनुसार यह संयोजन $$E^{\ominus '}_\text{red}$$ pH 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 pH = 7 पर रिपोर्ट की गई किसी जैव रासायनिक रेडॉक्स प्रक्रिया के लिए कमी की क्षमता के मान को इसकी सही परिभाषा से संदर्भित करती है, और उपयोग किए गए संबंध को सही विधि से उपयोग करता हैं।

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 ऊष्मागतिकी की गणनाओं से प्राप्त किए गए थे, या प्रायोगिक मापों से निर्धारित किए गए थे, और किन विशिष्ट परिस्थितियों में उपयोग किये जाते हैं? 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 उत्पन्न कर सकता है।
 * $$E_h = E_\text{red}$$ pH 7 पर गणना (गतिविधि गुणांक के लिए सुधार के साथ या बिना),
 * $$E^{\ominus '}_\text{red}$$, गतिविधि गुणांक सहित औपचारिक मानक कमी क्षमता लेकिन कोई pH गणना नहीं, या, क्या यह है,
 * $$E^{\ominus '}_\text{red apparent at pH 7}$$, दी गई स्थितियों में pH 7 पर स्पष्ट औपचारिक मानक कमी क्षमता और अनुपात पर भी निर्भर करता है, जहाँ पर $$\frac{h} {z} = \frac{\text{(number of involved protons)}} {\text{(number of exchanged electrons)}}$$ मान प्राप्त होता हैं।

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

वास्तव में:

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


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

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

औपचारिक कमी क्षमता रासायनिक गतिविधि के स्थान पर मोलर सांद्रता या मोललिटी सांद्रता के साथ अधिक साधारण रूप में कार्य करना संभव बनाती है। क्योंकि मोलर और मोलल सांद्रता को 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 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, अर्ताथ 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, T = 298.15 के = 25 डिग्री सेल्सियस = 77 डिग्री फ़ारेनहाइट, $P_{gas}$ = 1 बार) यह वास्तव में मानक क्षमता बन जाता है। इस प्रकार ब्राउन और स्विफ्ट (1949) के अनुसार, 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 औपचारिक होती है।

गतिविधि गुणांक $$\gamma_{red}$$ और $$\gamma_{ox}$$ औपचारिक क्षमता में $$E^{\ominus '}_\text{red}$$ उपस्थित हैं, और क्योंकि वे तापमान, आयनिक शक्ति और pH जैसी प्रायोगिक स्थितियों पर $$E^{\ominus '}_\text{red}$$ निर्भर करते हैं, इसे अपरिवर्तनीय मानक क्षमता के रूप में संदर्भित नहीं किया जा सकता है, अपितु प्रयोगात्मक स्थितियों के प्रत्येक विशिष्ट समुच्चय 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 शक्ति के कारण गतिविधि गुणांक में परिवर्तनों की उपेक्षा करते हुए, पहले संबंध को pH के फ़ंक्शन के रूप में व्यक्त करने का ध्यान रखते हुए नर्नस्ट समीकरण को लागू करना होगा। इस प्रकार इस विचार किया जाने वाला दूसरा कारक नर्नस्ट समीकरण में ध्यान में रखी गई सांद्रता के मान हैं। जिसके कारण जैव रासायनिक प्रतिक्रिया के लिए औपचारिक कमी क्षमता को परिभाषित करने के लिए, pH मान, सांद्रता मान और गतिविधि गुणांक पर बनाई गई परिकल्पनाओं को सदैव स्पष्ट रूप से इंगित किया जाना चाहिए। इसके कारण 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 इसका 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 कार्य 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, pH = 0) औपचारिक (या स्पष्ट) कमी क्षमता के साथ $$E^{\ominus'}_\text{red}$$ pH = 7 पर इन 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, मौलिक इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री पाठ्यपुस्तकों से डेटा चुनना और सीधे मिश्रण करना $$E^{\ominus}_\text{red}$$ के विरुद्ध एसएचई, pH = 0 और माइक्रोबायोलॉजी $$E^{\ominus'}_\text{red}$$ pH = 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 धनात्मक 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