בייַשפּיל פֿון דיסקוסיע פֿראַגעס וועגן סטאַנדאַרט רעפֿערענץ עלעקטראָד פּאָטענציעל
הקדמה
עלעקטראָכעמיע איז אַ צווייַג פֿון כעמיע וואָס שטודירט די פֿאַרבינדונג צווישן כעמישע רעאַקציעס און עלעקטרישע דערשיינונגען. איינער פֿון די יסודותדיקע קאָנצעפּטן אין עלעקטראָכעמיע איז עלעקטראָד פּאָטענציאַל. עלעקטראָד פּאָטענציאַל איז אַ מאָס פֿון דער טענדענץ פֿון אַן עלעקטראָד צו צוציען אָדער באַפֿרײַען עלעקטראָנען.
אין עלעקטראָכעמיע, איז אַ געוויינטלעך גענוצטער סטאַנדאַרט דער סטאַנדאַרט וואַסערשטאָף עלעקטראָד (SHE). דער SHE ווערט דעפינירט ווי אַ פּאָטענציאַל פון נול וואָלט ביי אַלע טעמפּעראַטורן. עס דינט ווי אַן אוניווערסאַלע רעפערענץ פֿאַר מעסטן און פאַרגלייַכן די פּאָטענציאַלן פון אַנדערע עלעקטראָדן. דער אַרטיקל צילט צו צושטעלן אַ דעטאַלירטע דערקלערונג דורך בייַשפּיל פּראָבלעמען וואָס דיסקוטירן דעם פּאָטענציאַל פון דעם סטאַנדאַרט רעפערענץ עלעקטראָד צו העכערן אַ טיפערן פארשטאנד.
עלעקטראָד פּאָטענציעל און SHE
די SHE דינט ווי אַ רעפערענץ פונקט מיטן עלעקטראָד פּאָטענציאַל אַרביטרער געשטעלט ביי 0 V. די גלייכונג פֿאַר דער וואַסערשטאָף עלעקטראָד רעאַקציע איז ווי פאלגט:
\[ 2ה^+ (אַק) + 2ע^- \rightarrow ה_2 (ג) \]
אין פּראַקטיק, איז סימולירן SHE באדינגונגען שווער צו שאַפֿן און עס איז מער געוויינטלעך צו נוצן אַנדערע נאָרמאַל רעפֿערענץ עלעקטראָדן ווי די סאַטשערייטיד קאַלאָמעל עלעקטראָד (SCE) אָדער זילבער/זילבער קלאָריד (Ag/AgCl).
בייַשפּיל פֿראַגן און דיסקוסיעס
פראגע 1: באַשטימען דעם עלעקטראָד פּאָטענציאַל פון אַן עלעקטראָכעמישער צעל
פראגע:
אלס א ביישפיל פראבלעם, ווערן מיר געבעטן צו באשטימען דעם צעל פאטענציאל פון דער רעאקציע צווישן Zn(s) און Cu^2+(aq). עס איז באקאנט אז דער סטאנדארט עלעקטראד פאטענציאל פאר Zn^2+/Zn איז -0.76 V און פאר Cu^2+/Cu איז +0.34 V. וואס איז דער צעל פאטענציאל ניצנדיג SHE אלס א רעפערענץ?
ענטפער:
מיר דאַרפֿן אויסרעכענען דעם צעל פּאָטענציאַל \( E_{cell} \) ניצנדיק די עלעקטראָד פּאָטענציאַלן. די גאַנצע רעאַקציע אין דער צעל איז:
[Zn(s) + Cu^{2+}(aq) \rightarrow Zn^{2+}(aq) + Cu(s) \]
דער עלעקטראָד פּאָטענציאַל ווערט געשריבן ווי:
\[ E_{צעל} = E_{קאַטאָדע} - E_{אַנאָדע} \]
וואו די קאַטאָדע איז אַ רעדוקציע רעאַקציע און די אַנאָדע איז אַן אָקסידאַציע רעאַקציע. באַזירט אויף דעם נאָרמאַלן פּאָטענציעל:
- קאַטאָוד נאָרמאַל פּאָטענציעל \(E^0_{קאַטאָדע} \) (Cu^2+/Cu) = +0.34 V
– סטאַנדאַרט פּאָטענציאַל פֿון דער אַנאָדע \( E^0_{אַנאָדע} \) (Zn^2+/Zn) = -0.76 V
סאַבסטיטוטינג ווערטן:
\[ E_{sel} = 0.34 \, \text{V} – (-0.76 \, \text{V}) \]
\[ E_{sel} = 0.34 \, \text{V} + 0.76 \, \text{V} \]
\[ E_{צעל} = 1.10 \, \text{V} \]
אַזוי, דער צעל פּאָטענציעל איז 1.10 V.
פראגע 2: ניצן די נערנסט גלייכונג אין נישט-סטאנדארט באדינגונגען
פראגע:
רעכנט אויס דעם צעל פּאָטענציאַל (E) ביי 298 K פֿאַר דער עלעקטראָכעמישער רעאַקציע צווישן Zn(s) און Cu^2+(aq) אויב די קאָנצענטראַציע פון Cu^2+ יאָנען איז 0.01 M און די קאָנצענטראַציע פון Zn^2+ יאָנען איז 1.00 M.
ענטפער:
די נערסט גלייכונג גיט אונדז א וועג צו רעכענען דעם צעל פאטענציאל ווען די באדינגונגען זענען נישט סטאנדארט (נישט-סטאנדארט). די נערסט גלייכונג איז:
\[ E = E^0 – \frac{RT}{nF} \lnQ \]
שוין,
– \( E^0 \) איז דער נאָרמאַלער צעל פּאָטענציאַל
– \(R \) איז די גאַז קאָנסטאַנט (8.314 דזש/מאָל·ק)
– \(T \) איז די טעמפּעראַטור אין קעלווין (298 ק)
– \(n \) איז די צאָל מאָלן עלעקטראָנען וואָס ווערן איבערגעגעבן אין דער עקוויוואַלענטער רעאַקציע (2 מאָלן עלעקטראָנען פֿאַר Zn/Cu)
– \( F \) איז פאַראַדיי'ס קאָנסטאַנט (96485 C/mol)
– \( Q \) איז דער רעאַקציע קוואָטיענט:
\[ Q = \frac{[פּראָדוקטן]}{[רעאַקטאַנטן]} = \frac{[Zn^{2+}]}{[Cu^{2+}]} \]
שטעלט אריין די ווערטן אין דער נערנסט גלייכונג:
דער נאָרמאַלער פּאָטענציאַל \(E^0 \) פֿון דער פֿריִערדיקער פּראָבלעם איז 1.10 V.
[E = 1.10, V – 8.314, J/mol·K × 298, K × 2 × 96485, C/mol × 1 (1.00 × 0.01)]
ערשטנס, רעכנט אויס דעם טעמפּעראַטור טערמין און דעם רעאַקציע קוואָטיענט:
\[ \frac{8.314 \times 298}{2 \times 96485} = \frac{2476.652}{192970} \approx 0.0128 \, \text{V} \]
פֿאַרגעסט נישט צו קאָנווערטירן עס צו פּאַסן J צו וואָלטס:
[\ln(100) = 4.605 \]
אַזוי:
[E = 1.10, V – 0.0128 מאָל 4.605]
\[ E = 1.10 \, \טעקסט{V} – 0.0589584 \]
\[ E = 1.041 \, \text{V} \]
אַזוי, דער צעל פּאָטענציעל אונטער נישט-סטאַנדאַרט באדינגונגען איז 1.041 V.
קעסימפּולאַן
עלעקטראָכעמיע איז אַ וויכטיק פעלד מיט פילע אַפּליקאַציעס אין אינדוסטריע און וויסנשאַפטלעכער פאָרשונג. פֿאַרשטיין גרונטלעכע קאָנצעפּטן ווי עלעקטראָד פּאָטענציאַל און די נוצן פון דער נערנסט גלייכונג דערמעגלעכט אונדז צו רעכענען צעל פּאָטענציאַלן אונטער פֿאַרשידענע באַדינגונגען. אין דעם בייַשפּיל, האָבן מיר געזען ווי צו באַשטימען צעל פּאָטענציאַל ניצן אַ נאָרמאַל רעפֿערענץ עלעקטראָד און ווי פֿאַקטאָרן ווי קאָנצענטראַציע ווירקן צעל פּאָטענציאַל.
די דיסקוסיע ווייזט די וויכטיקייט פון א גרינטלעכן פארשטאנד פון עלעקטראָכעמישע פּרינציפּן פאר א ברייטע קייט פון אַפּליקאַציעס, פון ביאָסענסאָרן ביז באַטעריעס. עס גיט אויך א פעסטע יסוד פאר ווער עס יז אינטערעסירט אין עלעקטראָכעמישע טעכנאָלאָגיע פאָרשונג און אַפּליקאַציעס.
