平衡電位

平衡電位——equilibrium potential

把細胞內外某離子的電化學電位等於零時的膜電位，稱為該離子的平衡電位。可通過能斯特方程計算，例如鉀離子的平衡電位可賦予下式：如圖式中，和分別是鉀離子在膜外、內的濃度（確切的說是移動度），F是法拉第常數，T是絕對溫度，R是氣體常數。哺乳類動物骨胳肌的靜息電位是，離子的平衡電位鈉是，鉀是，氯是。因為在靜息狀態下，細胞膜主要對通透，所以這時的平衡電位近於這些離子的平衡電位；同樣，因為在興奮時細胞膜對容易通透，所以這時的動作電位近於鈉離子的平衡電位。

當某離子在濃度梯度的驅動下發生跨膜擴散而引起的擴散電位恰能平衡或對抗其電位差驅使擴散時，即到達電化學平衡時，此擴散電位稱為該離子的平衡電位。

如下Fick定律(菲克定律)描述了不帶電微粒的簡單一維擴散：

式中J——流量；

C——濃度；

x——距離；

D——擴散常數。

如果要描述離子等帶電微粒在電壓梯度作用下的電擴散，則需要外加一個與電壓相關的項。設U為電位，u為微粒的遷移率，z為微粒所帶電荷，則整個擴散方程變為

根據斯托克-愛因斯坦方程（Stroke-Einstein equation），D與u之間存在如下關係：

R、T和F分別為是氣體常數，絕對溫度以及法拉第常數。將此式代入式電擴散的能斯特-普朗克方程（Nernst-Planck equation）：

平衡狀態時，凈流量J等於0，於是有：

此式求積分，可得如下能斯特平衡方程：

分別給定細胞內外某種離子的濃度后，就可以用此方程計算跨膜平衡電位。

突觸雖然活動，但不產生突觸后電位，即不形成離子移動的膜電位水平，稱此為突觸后電位的平衡電位。突觸后電位的大小依賴於靜息電位與這種平衡電位之差的大小，如果靜息電位遠離平衡電位，則突觸后電位就大，如果平衡電位是零，靜息電位置於平衡電位之上時，則突觸后電位的極性發生倒轉。平衡電位的存在是化學傳遞的特徵，而化學物質的作用往往是讓突觸后膜對某種離子的通透性增高；離子的移動，總是力圖使膜電位向該離子的平衡電位或由它們的整合作用決定的值，即向突觸后電位的平衡電位靠近。就興奮突觸來說，當它傳導興奮時，對有良好的通透性，平衡電位大都在之間；就突觸后抑制來說，大都對或對具有良好的通透性，平衡電位處於離靜息電位數mV、離去極化約的超極化側之間。

金屬與電解質溶液構成的體系中，在金屬-溶液兩相間，當金屬離子在兩相中的電化學位相等時，就建立起電化學平衡（）。這種單一電極反應的電荷和物質交換均達到了平衡電極電位（）。它與其溶液中金屬本身的離子活度（）之間的關係符合能斯特公式（Nernst）。

1、由平衡電位確定絡離子的配位數

2、由平衡電位判別絡離子的反應順序

如前所述，一個氧化-還原反應可以分兩個電極反應表示，將兩個電極反應組成原電池，計算原電池的標準電動勢。

若，電極反應可以按指定方向自發地進行；

若，電極反應不能按指定方向自發地進行，而是按相反的方向進行。例如

此反應能否自發地自左向右進行？這可把上述反應分成兩個電極反應：

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電池反應的電動勢為，小於零，因此，反應不能自發進行。若還原劑相同，可以根據氧化劑的標準電位來判斷哪種氧化劑優先反應。

3、金屬雜質的電解分離條件

在無超電壓時，金屬的電沉積服從奈恩斯特方程：

（伏）

電解液不存在絡合劑時，遊離金屬離子濃度[M]就等於總金屬離子的濃度。電解液中有絡合劑存在時，

式中，稱為絡合效應係數。且。

故 （伏）

為一定絡合劑濃度時的條件標準電位。因為，故比值更負。

金屬離子要定量地完全被電沉積出來，其濃度至少要下降三個數量級。因此，一般要定量地分離兩種金屬離子，其沉積電位差至少要達。若兩種金屬離子的沉積電位接近，適當地加入合適的絡合劑可以增大其電位差。