בייַשפּיל פֿראַגעס דיסקוסיע מעסטן עלעקטראָד פּאָטענציעל
מעסטן עלעקטראָד פּאָטענציאַל איז אַ קריטישער אַספּעקט פון עלעקטראָכעמיע. עלעקטראָכעמיע איז אַ צווייַג פון כעמיע וואָס שטודירט די שייכות צווישן כעמישע רעאַקציעס און עלעקטריע. די מעגלעכקייט צו מעסטן עלעקטראָד פּאָטענציאַל איז קריטיש, ספּעציעל אין אַפּליקאַציעס ווי באַטעריעס, קעראָוזשאַן און עלעקטראָליז. אין דעם אַרטיקל וועלן מיר דיסקוטירן עטלעכע בייַשפּיל פּראָבלעמען און זייערע לייזונגען אין דעם קאָנטעקסט פון מעסטן עלעקטראָד פּאָטענציאַל.
פֿאַרשטיין עלעקטראָד פּאָטענציעל
עלעקטראָד פּאָטענציאַל, אדער צעל פּאָטענציאַל, איז דער עלעקטרישער פּאָטענציאַל אונטערשייד צווישן צוויי עלעקטראָדן אין אַן עלעקטראָכעמישער צעל. מען קען עס מעסטן מיט פֿאַרשידענע מעטאָדן, אַרייַנגערעכנט ניצן אַ נאָרמאַלן רעפֿערענץ פּאָטענציאַל ווי אַ סאַטשערייטאַד קאַלאָמעל עלעקטראָד (SCE) אדער אַ זילבער/זילבער כלאָריד (Ag/AgCl) עלעקטראָד. דער נאָרמאַלער פּאָטענציאַל דינט ווי אַ בענטשמאַרק פֿאַר מעסטן און פֿאַרגלייַכן די פּאָטענציאַלן פֿון אַנדערע עלעקטראָדן.
גרונט־פאָרמולע
דער צעל פּאָטענציאַל (\( E_{\text{sel}} \)) אונטער נאָרמאַלע באַדינגונגען קען אויסגעדריקט ווערן דורך דער פֿאָרמולע:
\[ E_{\text{cell}}^\circ = E_{\text{cathode}}^\circ – E_{\text{anode}}^\circ \]
אָדער
\[ E_{\text{cell}} = E_{\text{cathode}} – E_{\text{anode}} \]
בייַשפּיל פֿראַגן און דיסקוסיע
בייַשפּיל קשיא 1: מעסטן דעם פּאָטענציעל פון אַ גאַלוואַנישער צעל
פראגע:
געגעבן אַ גאַלוואַנישע צעל וואָס באַשטייט פון אַ צינק (Zn) עלעקטראָד און אַ קופּער (Cu) עלעקטראָד, יעדער איינגעטובלט אין אַ לייזונג פון ZnSO₄ און CuSO₄. דער נאָרמאַלער עלעקטראָד פּאָטענציאַל (E°) פון צינק איז -0.76 V און קופּער איז +0.34 V. רעכנט אויס דעם צעל פּאָטענציאַל און באַשטימט די ריכטונג פון עלעקטראָן שטראָם.
ענטפער:
דער ערשטער שריט איז צו אידענטיפיצירן די אנאדע און קאטאד. אין עלעקטראכעמיע, די אנאדע איז וואו אקסידאציע (באפרייאונג פון עלעקטראנען) פאסירט, און די קאטאד איז וואו רעדוקציע (אקצעפטירן עלעקטראנען) פאסירט.
– צינק (Zn) עלעקטראָדן טענדן צו דורכגיין אַקסאַדיישאַן:
\[
\text{Zn} \rightarrow \text{Zn}^{2+} + 2\text{e}^- \quad (E^\circ = -0.76 \text{ V})
\]
– קופּער (Cu) עלעקטראָדן טענד צו דורכגיין רעדוקציע:
\[
\text{Cu}^{2+} + 2\text{e}^- \rightarrow \text{Cu} \quad (E^\circ = +0.34 \text{V})
\]
ניצן די צעל פּאָטענציעל פאָרמולע:
\[
E_{\text{cell}}^\circ = E_{\text{cathode}}^\circ – E_{\text{anode}}^\circ
= 0.34 V – (-0.76 V)
= 0.34 V + 0.76 V
= 1.10 \text{ V}
\]
די ריכטונג פון עלעקטראָן פלוס איז פון די צינק עלעקטראָד (אַנאָדע) צו די קופּער עלעקטראָד (קאַטאָדע).
בייַשפּיל קשיא 2: נישט-סטאַנדאַרט צעל פּאָטענציעל
פראגע:
אן עלעקטראָכעמישע צעל ווערט געמאַכט מיט אַ זילבערנער (Ag) עלעקטראָד אין אַ 0.1 M AgNO₃ לייזונג און אַ צינק (Zn) עלעקטראָד אין אַ 0.01 M ZnSO₄ לייזונג. דער נאָרמאַלער פּאָטענציאַל פון זילבער איז +0.80 V און צינק איז -0.76 V. רעכנט אויס דעם צעל פּאָטענציאַל אונטער נישט-נאָרמאַלע באַדינגונגען ניצנדיק די נערנסט גלייכונג.
ענטפער:
די נערנסט גלייכונג ווערט געגעבן דורך:
\[
E = E^\circ – \frac{RT}{nF} \lnQ
\]
וואו:
– \( E^\circ \) איז דער נאָרמאַלער צעל פּאָטענציאַל,
– \(R \) איז די אוניווערסאַלע גאַז קאָנסטאַנטע (8.314 דזש/מאָל ק),
– \(T \) איז די טעמפּעראַטור אין קעלווין (למשל 298 ק),
– \(n \) איז די צאָל מאָלן פון עלעקטראָנען וואָס ווערן טראַנספערירט,
– \( F \) איז פאַראַדיי'ס קאָנסטאַנט (96485 C/mol),
– \(Q \) איז דער רעאַקציע קוואָטיענט.
צעל רעאַקציע:
\[
\text{Zn} \rightarrow \text{Zn}^{2+} + 2 \text{e}^- \quad (אַנאָדע)
\]
\[
\text{Ag}^{+} + \text{e}^- \rightarrow \text{Ag} \quad (קאַטאָדע)
\]
ווייטער, שרייב די גאַנצע רעאַקציע:
\[
\text{Zn} + 2\text{Ag}^{+} \rightarrow \text{Zn}^{2+} + 2\text{Ag}
\]
באַמערק אז n=2 (צוויי עלעקטראָנען איבערגעפֿירט). רעכנט אויס דעם ווערט פֿון \(Q \):
\[
ק = \frac{[\text{Zn}^{2+}]}{[\text{Ag}^+]^2} = \frac{0.01}{(0.1)^2} = \frac{0.01}{0.01} = 1
\]
זינט \(\ln1 = 0\), דעמאָלט די נערנסט גלייכונג:
\[
E = E^\סירק – \frac{RT}{nF} \ln Q = E^\סירק
\]
אַזוי מיר דאַרפֿן נאָר רעכענען \( E^\circ \) פֿון דעם נאָרמאַלן פּאָטענציאַל:
\[
E_{\text{cell}}^\circ = E_{\text{cathode}}^\circ – E_{\text{anode}}^\circ
= 0.80 V – (-0.76 V)
= 0.80 V + 0.76 V
= 1.56 \text{ V}
\]
אַלזאָ, דער צעל פּאָטענציאַל אונטער נישט-סטאַנדאַרט באַדינגונגען בלייבט 1.56 V ווײַל \(\lnQ\) איז נול.
קעסימפּולאַן
מעסטן עלעקטראָד פּאָטענציאַל איז אַ קריטישע סקיל אין כעמיע, ספּעציעל פֿאַר עלעקטראָכעמישע אַפּליקאַציעס. דורך פֿאַרשטיין גרונטלעכע קאָנצעפּטן ווי נאָרמאַל פּאָטענציאַל, די נוצן פון רעפֿערענץ עלעקטראָדן, און די אַפּליקאַציע פון דער נערנסט גלייכונג, קענען מיר סאָלווען פֿאַרשידענע פּראָבלעמען פֿאַרבונדן מיט עלעקטראָד פּאָטענציאַל מעסטונג. ביישפילן ווי די דיסקוטירטע געבן אַן איבערבליק פון דעם פּראָצעס און די טריט וואָס זענען נויטיק צו באַשטימען צעל פּאָטענציאַל אונטער ביידע נאָרמאַלע און נישט-נאָרמאַלע באַדינגונגען. האָפֿנטלעך העלפֿט דער אַרטיקל אײַך פֿאַרשטיין און אַפּליקירן דעם קאָנצעפּט פון מעסטן עלעקטראָד פּאָטענציאַל אין עלעקטראָכעמיע לאַבאָראַטאָריעס.
