Nimûneyên Pirs û Gotûbêjên Potansiyela Elektroda Standard
Pendahuluan
Potansiyela elektroda standard têgeheke girîng e di elektrokîmyayê de ku şiyana elektrodê ya kişandina elektronan vedibêje. Ev têgeh di hesabên şaneyên elektrokîmyayî û di destnîşankirina meyla reaksiyonên redoks de tê bikar anîn. Potansiyela elektroda standard (E°) di bin şert û mercên standard de, ango di konsantrasyona 1 M, zexta 1 atm, û germahiya 25°C (298 K) de tê pîvandin. Di vê gotarê de, em ê çend mînakên pirsgirêkên potansiyela elektroda standard nîqaş bikin û wan bi kûrahî nîqaş bikin.
Têgeha bingehîn a Potansiyela Elektroda Standard
Potansiyela elektrodê ya standard, ku wekî E° tê destnîşankirin, meyla cureyekî kîmyewî ya ji bo kêmkirinê (qebûlkirina elektronan) vedibêje. Nirxa E° çiqas erênî be, meyla cureyê ji bo kêmkirinê jî mezintir dibe. Berevajî vê, nirxa E° çiqas neyînî be, meyla cureyê ji bo oksîdkirinê (windakirina elektronan) jî mezintir dibe.
Tabloya potansiyela elektrodê ya standard nirxên E° ji bo reaksiyonên redoks ên cûrbecûr peyda dike, û ev nirx ji bo hesabkirina potansiyelên şaneyên elektroşîmyayî têne bikar anîn.
Nimûneya Pirsa 1
Pirs:
Du nîv-reaksiyonên jêrîn û potansiyelên wan ên elektrodê hatine dayîn:
– Ag⁺(aq) + e⁻ → Ag(s), E° = +0.80 V
– Cu²⁺(aq) + 2e⁻ → Cu(s), E° = +0.34 V
Potansiyela xaneyê (E°_cell) ji bo xaneya galvanîk a ku ji van her du nîv-reaksiyonên çêbûyî diyar bike.
Nîqaş:
Ji bo diyarkirina potansiyela şaneyê, divê em anodê û katodê nas bikin. Di şaneyeke galvanîk de, ya ku potansiyela elektroda standard a erênîtir heye wekî katod (cihê kêmkirinê) û ya ku potansiyela wê neyînîtir e wekî anodê (cihê oksîdasyonê) tevdigere.
1. Anod û Katod destnîşan bikin:
– Ag⁺ + e⁻ → Ag, E° = +0.80 V (pozîtîftir, ji ber vê yekê katodî)
– Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu, E° = +0.34 V (negatîftir, lewra anode)
2. Reaksiyonên Oksîdasyon û Kêmkirinê Diyar Bike:
– Katod (kêmkirin): Ag⁺ + e⁻ → Ag, E°_katod = +0.80 V
– Anod (oksîdasyon): Cu → Cu²⁺ + 2e⁻, E°_anode = -0.34 V (aliyê reaksiyonê û nîşana potansiyelê berevajî bike)
3. Hesabkirina E°_hucreyê:
\[
E°_{hucre} = E°_{katod} – E°_{anode}
\]
\[
E°_{sel} = 0.80\, \text{V} – (-0.34\, \text{V})
\]
\[
E°_{sel} = 0.80\, \text{V} + 0.34\, \text{V} = 1.14\, \text{V}
\]
Ji ber vê yekê, potansiyela xaneyê (E°_cell) +1.14 V e.
Nimûneya Pirsa 2
Pirs:
Reaksiyona li jêr bi potansiyela xwe ya elektrodê re tê dayîn:
– Fe³⁺(aq) + e⁻ → Fe²⁺(aq), E° = +0.77 V
– Zn²⁺(aq) + 2e⁻ → Zn(s), E° = -0.76 V
Potansiyela şaneyê (E°_hucre) ji bo şaneyek galvanîk bi karanîna herdu nîv-reaksiyonan diyar bike, û reaksiyona şaneyê ya tevahî binivîse.
Nîqaş:
Wekî berê, divê em pêşî anodê û katodê destnîşan bikin.
1. Anod û Katod destnîşan bikin:
– Fe³⁺ + e⁻ → Fe²⁺, E° = +0.77 V (pozîtîftir, ji ber vê yekê katodî)
– Zn²⁺ + 2e⁻ → Zn, E° = -0.76 V (negatîftir, ji ber vê yekê anodî)
2. Reaksiyonên Oksîdasyon û Kêmkirinê Diyar Bike:
– Katod (kêmkirin): Fe³⁺ + e⁻ → Fe²⁺, E°_katod = +0.77 V
– Anod (oksîdasyon): Zn → Zn²⁺ + 2e⁻, E°_anode = -0.76 V (aliyê reaksiyonê û nîşana potansiyelê berevajî bike)
3. Elektronên Balansê:
Divê reaksiyona tevahî jimara elektronan hevseng bike:
\[
2(\text{Fe}^{3+} + e⁻ → \text{Fe}^{2+})
\]
\[
\text{Zn} → \text{Zn}^{2+} + 2e⁻
\]
Ji ber vê yekê reaksiyona hucreyê ya tevahî ev e:
\[
2\text{Fe}^{3+} + \text{Zn} → 2\text{Fe}^{2+} + \text{Zn}^{2+}
\]
4. Hesabkirina E°_hucreyê:
\[
E°_{hucre} = E°_{katod} – E°_{anode}
\]
\[
E°_{sel} = 0.77\, \text{V} – (-0.76\, \text{V})
\]
\[
E°_{sel} = 0.77\, \text{V} + 0.76\, \text{V} = 1.53\, \text{V}
\]
Ji ber vê yekê, potansiyela xaneyê (E°_cell) +1.53 V e.
Nimûneya Pirsa 3
Pirs:
Bi karanîna reaksiyona jêrîn potansiyela şaneyê û reaksiyona tevahî ya şaneyê ji bo şaneyek galvanîk bidin:
– MnO2(s) + 4H⁺(aq) + 2e- → Mn²⁺(aq) + 2H2O(l), E° = +1.23 V
– Cr³⁺(aq) + e⁻ → Cr²⁺(aq), E° = -0.50 V
Nîqaş:
1. Anod û Katod destnîşan bikin:
– MnO₂ + 4H⁺ + 2e⁻ → Mn²⁺ + 2H₂O, E° = +1.23 V (pozîtîftir, ji ber vê yekê katod)
– Cr³⁺ + e⁻ → Cr²⁺, E° = -0.50 V (negatîftir, ji ber vê yekê anodî)
2. Reaksiyonên Oksîdasyon û Kêmkirinê Diyar Bike:
– Katod (kêmkirin): MnO2 + 4H⁺ + 2e- → Mn²⁺ + 2H2O, E°_katod = +1.23 V
– Anod (oksîdasyon): Cr²⁺ → Cr³⁺ + e⁻, E°_anode = +0.50 V (aliyê reaksiyonê û nîşana potansiyelê berevajî bike)
3. Elektronên Balansê:
Divê reaksiyona tevahî jimara elektronan hevseng bike:
\[
2(\text{Cr}^{3+} + e⁻ → \text{Cr}^{2+})
\]
\[
\text{MnO}_2 + 4\text{H}^+ + 2e⁻ → \text{Mn}^{2+} + 2\text{H}_2\text{O}
\]
Ji ber vê yekê reaksiyona hucreyê ya tevahî ev e:
\[
\text{MnO}_2 + 4\text{H}^+ + 2\text{Cr}^{3+} → \text{Mn}^{2+} + 2\text{Cr}^{2+} + 2\text{H}_2\text{O}
\]
4. Hesabkirina E°_hucreyê:
\[
E°_{hucre} = E°_{katod} – E°_{anode}
\]
\[
E°_{sel} = 1.23\, \text{V} – (-0.50\, \text{V})
\]
\[
E°_{sel} = 1.23\, \text{V} + 0.50\, \text{V} = 1.73\, \text{V}
\]
Ji ber vê yekê, potansiyela xaneyê (E°_cell) +1.73 V e.
Xelasî
Têgihîştina potansiyelên elektrodên standard di elektrokîmyayê de ji bo destnîşankirina meylên reaksiyona redoks û potansiyelên şaneyên elektrokîmyayî pir girîng e. Bi karanîna gavên ku li jor hatine nîqaşkirin, em dikarin bi hêsanî potansiyela şaneyê ya reaksiyonek redoks a diyarkirî hesab bikin. Potansiyelên elektrodên standard ji bo destnîşankirina anodê û katodê di şaneyek galvanîk de, û her weha ji bo hesabkirina potansiyela tevahî ya şaneyê têne bikar anîn, ku karîgerî û rêça reaksiyona redoks nîşan dide.
