Cwestiynau Enghreifftiol Trafodaeth Mesur Potensial Electrod
Mae mesur potensial electrod yn agwedd hanfodol ar electrocemeg. Mae electrocemeg yn gangen o gemeg sy'n astudio'r berthynas rhwng adweithiau cemegol a thrydan. Mae'r gallu i fesur potensial electrod yn hanfodol, yn enwedig mewn cymwysiadau fel batris, cyrydiad ac electrolysis. Yn yr erthygl hon, byddwn yn trafod sawl problem enghreifftiol a'u hatebion yng nghyd-destun mesur potensial electrod.
Deall Potensial Electrod
Potensial electrod, neu botensial cell, yw'r gwahaniaeth potensial trydanol rhwng dau electrod mewn cell electrogemegol. Gellir ei fesur gan ddefnyddio amrywiol ddulliau, gan gynnwys defnyddio potensial cyfeirio safonol fel electrod calomel dirlawn (SCE) neu electrod arian/arian clorid (Ag/AgCl). Mae'r potensial safonol yn gwasanaethu fel meincnod ar gyfer mesur a chymharu potensialau electrodau eraill.
Fformiwla Sylfaenol
Gellir mynegi potensial y gell (\( E_{\text{sel}} \)) o dan amodau safonol gan y fformiwla:
\[ E_{\text{cell}}^\circ = E_{\text{catod}}^\circ – E_{\text{anode}}^\circ \]
atau
\[ E_{\text{cell}} = E_{\text{catod}} – E_{\text{anode}} \]
Cwestiynau Enghreifftiol a Thrafodaeth
Cwestiwn Enghraifft 1: Mesur Potensial Cell Galfanig
Cwestiwn:
O ystyried cell galfanig sy'n cynnwys electrod sinc (Zn) ac electrod copr (Cu), pob un wedi'i drochi mewn toddiant o ZnSO₄ a CuSO₄. Potensial electrod safonol (E°) sinc yw -0.76 V a chopr yw +0.34 V. Cyfrifwch botensial y gell a phennwch gyfeiriad llif yr electronau.
Ateb:
Y cam cyntaf yw adnabod yr anod a'r catod. Mewn electrocemeg, yr anod yw lle mae ocsideiddio (rhyddhau electronau) yn digwydd, a'r catod yw lle mae gostyngiad (derbyn electronau) yn digwydd.
– Mae electrodau sinc (Zn) yn tueddu i gael eu ocsideiddio:
\[
\text{Zn} \rightarrow \text{Zn}^{2+} + 2\text{e}^- \quad (E^\circ = -0.76 \text{ V})
\]
– Mae electrodau copr (Cu) yn tueddu i gael eu lleihau:
\[
\text{Cu}^{2+} + 2\text{e}^- \rightarrow \text{Cu} \quad (E^\circ = +0.34 \text{ V})
\]
Gan ddefnyddio'r fformiwla potensial celloedd:
\[
E_{\text{cell}}^\circ = E_{\text{catod}}^\circ – E_{\text{anode}}^\circ
= 0.34 \text{ V} – (-0.76 \text{ V})
= 0.34 \text{ V} + 0.76 \text{ V}
= 1.10 \text{ V}
\]
Cyfeiriad llif yr electronau yw o'r electrod sinc (anod) i'r electrod copr (catod).
Cwestiwn Enghraifft 2: Potensial Cell Ansafonol
Cwestiwn:
Gwneir cell electrogemegol gydag electrod arian (Ag) mewn hydoddiant AgNO₃ 0.1 M ac electrod sinc (Zn) mewn hydoddiant ZnSO₄ 0.01 M. Potensial safonol arian yw +0.80 V a sinc yw -0.76 V. Cyfrifwch botensial y gell o dan amodau ansafonol gan ddefnyddio Hafaliad Nernst.
Ateb:
Rhoddir hafaliad Nernst gan:
\[
E = E^\circ – \frac{RT}{nF} \ln Q
\]
Ble:
– \( E^\circ \) yw potensial safonol y gell,
– \( R \) yw'r cysonyn nwy cyffredinol (8.314 J/mol K),
– \( T \) yw'r tymheredd mewn Kelvin (e.e. 298 K),
– \(n \) yw nifer y molau o electronau a drosglwyddwyd,
– \( F \) yw cysonyn Faraday (96485 C/mol),
– \( Q \) yw'r cymhareb adwaith.
Adwaith celloedd:
\[
\text{Zn} \rightarrow \text{Zn}^{2+} + 2 \text{e}^- \quad (anod)
\]
\[
\text{Ag}^{+} + \text{e}^- \rightarrow \text{Ag} \quad (catod)
\]
Nesaf, ysgrifennwch yr adwaith cyfan:
\[
\text{Zn} + 2\text{Ag}^{+} \rightarrow \text{Zn}^{2+} + 2\text{Ag}
\]
Nodwch fod n=2 (dau electron wedi'u trosglwyddo). Cyfrifwch werth \( Q \):
\[
Q = \frac{[\text{Zn}^{2+}]}{[\text{Ag}^+]^2} = \frac{0.01}{(0.1)^2} = \frac{0.01}{0.01} = 1
\]
Gan fod \(\ln 1 = 0\), yna hafaliad Nernst:
\[
E = E^\circ - \frac{RT}{nF} \ln Q = E^\circ
\]
felly dim ond cyfrifo \( E^\circ \) o'r potensial safonol sydd angen i ni ei wneud:
\[
E_{\text{cell}}^\circ = E_{\text{catod}}^\circ – E_{\text{anode}}^\circ
= 0.80 \text{ V} – (-0.76 \text{ V})
= 0.80 \text{ V} + 0.76 \text{ V}
= 1.56 \text{ V}
\]
Felly, mae potensial y gell o dan amodau ansafonol yn parhau i fod yn 1.56 V oherwydd bod \(\ln Q\) yn sero.
Casgliad
Mae mesur potensial electrod yn sgil hanfodol mewn cemeg, yn enwedig ar gyfer cymwysiadau electrocemegol. Drwy ddeall cysyniadau sylfaenol fel potensial safonol, defnyddio electrodau cyfeirio, a chymhwyso hafaliad Nernst, gallwn ddatrys amrywiol broblemau sy'n gysylltiedig â mesur potensial electrod. Mae enghreifftiau fel y rhai a drafodwyd yn rhoi trosolwg o'r broses a'r camau sydd eu hangen i bennu potensial celloedd o dan amodau safonol ac ansafonol. Gobeithio y bydd yr erthygl hon yn eich helpu i ddeall a chymhwyso'r cysyniad o fesur potensial electrod mewn labordai electrocemeg.
