בייַשפּיל פֿראַגעס וואָס דיסקוטירן די נוצן פון נאָרמאַל עלעקטראָד פּאָטענציעל דאַטן
סטאַנדאַרט עלעקטראָד פּאָטענציאַל (E°) שפּילט אַ וויכטיקע ראָלע אין כעמיע, ספּעציעל אין פֿאַרשטיין רעדאָקס און עלעקטראָכעמישע רעאַקציעס. עס גיט אַ וועג צו פאָרויסזאָגן די ריכטונג פון רעדאָקס רעאַקציעס און פאַרגלייַכן די שטאַרקייטן פון אָקסידירנדיקע און רעדוצירנדיקע אַגענטן. דער אַרטיקל וועט פאָרשטעלן עטלעכע ביישפילן פון ניצן סטאַנדאַרט עלעקטראָד פּאָטענציאַל דאַטן צו אילוסטרירן זיין אַפּליקאַציע אין פאַקטישע סיטואַציעס.
הקדמה צו נאָרמאַל עלעקטראָד פּאָטענציעלן
דער סטאַנדאַרט עלעקטראָד פּאָטענציאַל מעסט די טענדענץ פון אַן עלעמענט אָדער קאַמפּאַונד צו באַקומען אָדער פאַרלירן עלעקטראָנען אונטער סטאַנדאַרט באדינגונגען (1 M, 1 אַטם, און 25°C). דער סטאַנדאַרט עלעקטראָד פּאָטענציאַל ווערט אויסגעדריקט אין וואלטס (V) און ווערט אָפט פאַרגליכן מיטן סטאַנדאַרט וואַסערשטאָף עלעקטראָד פּאָטענציאַל (SHE), וואָס ווערט גענומען ווי 0 V.
בייַשפּיל קשיא 1: באַשטימען ספּאָנטאַנע רעאַקציעס
פראגע:
רעכנט אויס צי די פאלגענדע רעאקציע וועט פארקומען ספאנטאניש:
\[ \text{Zn}^{2+} + \text{Cu} \rightarrow \text{Zn} + \text{Cu}^{2+} \]
די פארלאנגטע סטאַנדאַרט עלעקטראָד פּאָטענציעלן זענען:
– \(\text{Zn}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Zn} \) \( E° = -0.76 \, \text{V} \)
– \(\טעקסט{Cu}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Cu} \) \(E° = +0.34 \, \text{V} \)
פֿאַרעפֿנטלעכט:
1. דעפינירן האַלב-צעל רעאַקציעס:
רעדוקציע האַלב-צעל רעאַקציע:
– אָקסידאַציע האַלב-רעאַקציע: \[\text{Zn}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Zn} \, \text{(רעדוקציע, E° = -0.76 V)} \]
– רעדוקציע האַלב-רעאַקציע: \[\text{Cu}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Cu} \, \text{(רעדוקציע, E° = +0.34 V)} \]
2. רעאַקציע אידענטיפיקאציע:
קער איבער די רעאַקציע וואָס האָט אַ נידעריקער פּאָטענציעל אַזוי אַז עס ווערט אַן אָקסידאַציע:
– \[\text{Zn} \rightarrow \text{Zn}^{2+} + 2e^{-} \, \text{(אקסידאציע, E° = +0.76 V)} \]
פארבליבענע רעאקציעס:
– \[\text{Cu}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Cu} \, \text{(רעדוקציע, E° = +0.34 V)} \]
3. רעכנט אויס די גאַנצע E° (צעל פּאָטענציעל):
– \[ E°_{\text{cell}} = E°_{\text{reduction}} + E°_{\text{oxadation}} = +0.34 \, \text{V} + (+0.76 \, \text{V}) = +1.10 \, \text{V} \]
זינט דער צעל פּאָטענציאַל (E°_{\text{cell}}) איז פּאָזיטיוו, איז די רעאַקציע ספּאָנטאַן.
בייַשפּיל קשיא 2: באַשטימען גלייכגעוויכט פּאָטענציעל
פראגע:
רעכנט אויס דעם צעל פּאָטענציאַל פֿאַר דער פֿאָלגנדיקער רעאַקציע ביי נאָרמאַלער טעמפּעראַטור:
[\text{Fe}^{2+} + \text{Ag} \rightarrow \text{Fe} + \text{Ag}^{+} \]
נאָרמאַל עלעקטראָד פּאָטענציעל:
– \(\text{Fe}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Fe} \) \( E° = -0.44 \, \text{V} \)
– \(\text{Ag}^{+} + e^{-} \rightarrow \text{Ag} \) \( E° = +0.80 \, \text{V} \)
פֿאַרעפֿנטלעכט:
1. דעפינירן האַלב-צעל רעאַקציעס:
רעדוקציע האַלב-צעל רעאַקציע:
– \[\text{Fe}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Fe} \, \text{(רעדוקציע, E° = -0.44 V)} \]
– \[\text{Ag}^{+} + e^{-} \rightarrow \text{Ag} \, \text{(רעדוקציע, E° = +0.80 V)} \]
2. אידענטיפיצירן האַלב-רעאַקציעס:
קער איבער די רעאַקציע וואָס האט אַ קלענערן נעגאַטיוון ווערט (מער פּאָזיטיוו):
– \[\text{Fe} \rightarrow \text{Fe}^{2+} + 2e^{-} \, \text{(אקסידאציע, E° = +0.44 V)} \]
פארבליבענע רעאקציעס:
– \[\text{Ag}^{+} + e^{-} \rightarrow \text{Ag} \, \text{(רעדוקציע, E° = +0.80 V)} \]
3. רעכנט אויס די גאַנצע E° (צעל פּאָטענציעל):
– \[ E°_{\text{cell}} = E°_{\text{reduction}} + E°_{\text{oxadation}} = +0.80 \, \text{V} + (+0.44 \, \text{V}) = +1.24 \, \text{V} \]
א פאזיטיווער צעל פאטענציאל ווײַזט אָן אַז די רעאַקציע גייט פֿאָר ספּאָנטאַן אונטער נאָרמאַלע באַדינגונגען.
בייַשפּיל 3: קאַלקולאַציע פון גיבס פריי ענערגיע
פראגע:
באַשטימען די ענדערונג אין גיבס פרייער ענערגיע (ΔG) פֿאַר דער פאלגענדער רעאַקציע:
[ \text{Al} + \text{Cu}^{2+} \rightarrow \text{Al}^{3+} + \text{Cu} \]
געגעבן דעם סטאַנדאַרט עלעקטראָד פּאָטענציעל:
– \(\text{Al}^{3+} + 3e^{-} \rightarrow \text{Al} \) \( E° = -1.66 \, \text{V} \)
– \(\טעקסט{Cu}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Cu} \) \(E° = +0.34 \, \text{V} \)
פֿאַרעפֿנטלעכט:
1. דעפינירן האַלב-צעל רעאַקציעס:
רעדוקציע האַלב-צעל רעאַקציע:
– \[\text{Al}^{3+} + 3e^{-} \rightarrow \text{Al} \, \text{(רעדוקציע, E° = -1.66 V)} \]
– \[\text{Cu}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Cu} \, \text{(רעדוקציע, E° = +0.34 V)} \]
2. רעאַקציע אידענטיפיקאציע:
קער איבער די רעאַקציע וואָס האָט אַ נידעריקער פּאָטענציעל אַזוי אַז עס ווערט אַן אָקסידאַציע:
– \[\text{Al} \rightarrow \text{Al}^{3+} + 3e^{-} \, \text{(אקסידאציע, E° = +1.66 V)} \]
פארבליבענע רעאקציעס:
– \[\text{Cu}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Cu} \, \text{(רעדוקציע, E° = +0.34 V)} \]
3. עלעקטראָן וואָג:
גלייכשטעלן די צאָל עלעקטראָנען פֿאַר דער רעאַקציע:
– 2 \(\text{Al} \rightarrow 2\text{Al}^{3+} + 6e^{-} \) \[\text{(אקסידאציע, E° = +1.66 V)} \]
– 3 \(\טעקסט{Cu}^{2+} + 6e^{-} \rightarrow 3\text{Cu} \) \[\text{(רעדוקציע, E° = +0.34 V)} \]
4. רעכנט אויס די גאַנצע E° (צעל פּאָטענציעל):
– \[ E°_{\text{cell}} = (+0.34 \, \text{V} \times 3) + (+1.66 \, \text{V} \times 2) \]
טעות דאָ: דורכשניטלעך:
– \[ E°_{\text{cell}} = +0.34 \, \text{V} + +1.66 \, \text{V} = +2.00 \, \text{V}\]
5. רעכענען אויס ΔG:
פֿאָרמולע: \(\Delta G = -nFE_{\text{cell}\)
– \[n = 6 \, \text{עלעקטראָנען} \]
– \[F = 96485 \, \text{C/mol} \]
– \[ \דעלטאַ ג = -6 \מאל 96485 \, \טעקסט{C/מאָל} \מאל +2.00 \, \טעקסט{V} \]
– \[ = -1157820 \, \טעקסט{דזש/מאָל} \]
– \[ = -1157.82 \, \טעקסט{קדזש/מאָל}\]
אזוי, א נעגאטיוו ΔG ווײַזט אָן אַז די רעאַקציע איז ספּאָנטאַן.
קעסימפּולאַן
סטאַנדאַרט עלעקטראָד פּאָטענציעל דאַטן גיט אַ פּראַקטיש וועג צו פאָרויסזאָגן אין וועלכע ריכטונג אַ רעדאָקס רעאַקציע וועט פאָרגיין, ווי מסתּמא עס איז צו פאָרגיין, און איר שייכות צו דער ענדערונג אין גיבס פריי ענערגיע. די בייַשפּיל פּראָבלעם אויבן אילוסטרירט ווי די דאַטן קענען ווערן געניצט צו באַשטימען די ספּאָנטאַניטי פון אַ רעדאָקס רעאַקציע און די פֿאַרבונדענע ענערגיע קאַלקולאַציעס. פֿאַר סטודענטן אָדער ווער עס יז וואָס שטודירט כעמיע, איז פֿאַרשטיין סטאַנדאַרט עלעקטראָד פּאָטענציעל דאַטן און אירע אַפּלאַקיישאַנז אַ וויכטיקע יסוד פֿאַר פֿאַרשטיין מער קאָמפּליצירטע עלעקטראָכעמישע רעאַקציעס.
