בייַשפּיל פֿראַגעס וועגן וואָלטאַישע צעלן

בייַשפּיל פֿראַגעס וועגן וואָלטאַישע צעלן

הקדמה

א וואלטאישע צעל, אויך באקאנט אלס א גאַלוואַנישע צעל, איז א מיטל וואָס קאָנווערטירט כעמישע ענערגיע אין עלעקטרישע ענערגיע דורך א רעדאָקס (אָקסידאַציע-רעדוקציע) רעאַקציע. א וואלטאישע צעל באשטייט פון צוויי עלעקטראָדן, טיפּיש געמאַכט פון פֿאַרשידענע מעטאַלן, איינגעטובלט אין אַן עלעקטראָליט און פֿאַרבונדן דורך אַ זאַלץ בריק. אין דעם אַרטיקל וועלן מיר דיסקוטירן עטלעכע ביישפילן פֿאַרבונדן מיט וואלטאישע צעלן צו פֿאַרטיפֿן אונדזער פֿאַרשטאַנד פֿון זייערע אַרבעט פּרינציפּן און ווי צו רעכענען צעל פּאָטענציאַל.

גרונטלעכע טעאריע פון ​​וואלטאישע צעלן

איידער מיר גייען ווייטער צו די ביישפיל פראבלעמען, איז וויכטיג צו פארשטיין די גרונט קאנצעפטן און קאמפאנענטן וואס מאכן אויס א וואלטאישע צעל:

1. אנאד און קאטאדע: אין א וואלטאישער צעל, איז די אנאד די עלעקטראד וואו אקסידאציע פאסירט, און די קאטאדע איז די עלעקטראד וואו רעדוקציע פאסירט. די אנאד האט א נעגאטיווע לאדונג, בשעת די קאטאדע האט א פאזיטיווע לאדונג.

2. עלעקטראָן וועג: עלעקטראָנען פליסן פון דער אַנאָדע צו דער קאַטאָדע דורך אַן עקסטערנעם קרייַז, פּראָדוצירנדיק אַן עלעקטרישן קראַנט.

3. צעל פּאָטענציאַל (E°cell): צעל פּאָטענציאַל איז דער פּאָטענציאַל חילוק צווישן צוויי עלעקטראָדן. נאָרמאַל צעל פּאָטענציאַל (E°cell) קען ווערן אויסגערעכנט מיט דער פֿאָרמולע:
\[
E ° צעל = E ° קאַטאָוד - E ° אַנאָוד
\]
וואו \(E°קאַטאָד\) און \(E°אַנאָד\) זענען די נאָרמאַלע רעדוקציע פּאָטענציאַלן פון דער קאַטאָד און אַנאָד.

4. זאַלץ בריק: די בריק באַלאַנסירט די יאָן טשאַרדזשיז אין ביידע עלעקטראָליט סאַלושאַנז דורך דערלויבן די באַוועגונג פון יאָנען.

בייַשפּיל פֿראַגן און דיסקוסיע

כדי צו קלארשטעלן די קאנצעפטן, לאָמיר דיסקוטירן עטלעכע בייַשפּיל פּראָבלעמען.

בייַשפּיל קשיא 1

פראגע:
רעכנט אויס דעם נאָרמאַלן צעל פּאָטענציאַל פֿון אַ וואָלטאַ צעל וואָס באַשטייט פֿון Zn | Zn²⁺ (aq) עלעקטראָדן און Cu | Cu²⁺ (aq) עלעקטראָדן. מען ווייסט אַז דער נאָרמאַלער רעדוקציע פּאָטענציאַל \(E°\) פֿאַר Zn²⁺ | Zn איז -0.76 V און \(E°\) פֿאַר Cu²⁺ | Cu איז +0.34 V.

דיסקוסיע:
דער ערשטער שריט איז צו באַשטימען וועלכע איז די אַנאָוד און קאַטאָוד.

Zn האט א מער נעגאטיוון רעדוקציע פאטענציאל (-0.76 V) ווי Cu (+0.34 V), ממילא וועט Zn פונקציאנירן אלס די אנאדע (אקסידאציע ארט) און Cu אלס די קאטאד (רעדוקציע ארט).

ווייטער, ניצן מיר די פאָרמולע:
\[
E ° צעל = E ° קאַטאָוד - E ° אַנאָוד
\]
פאַרבייטן די באַקאַנטע ווערטן:
\[
E° צעל = 0.34 V – (-0.76 V)
\]
\[
E° צעל = 0.34 V + 0.76 V
\]
\[
E° צעל = 1.10 V
\]

אַזוי, דער נאָרמאַלער צעל פּאָטענציעל איז 1.10 V.

בייַשפּיל קשיא 2

פראגע:
א וואלטאישע צעל איז געמאכט פון Fe | Fe²⁺ עלעקטראָדן און Ag | Ag⁺ עלעקטראָדן. דער נאָרמאַלער רעדוקציע פּאָטענציאַל פֿאַר Fe²⁺ | Fe איז -0.44 V און פֿאַר Ag⁺ | Ag איז +0.80 V. רעכנט אויס דעם נאָרמאַלן צעל פּאָטענציאַל און שרײַבט די צעל רעאַקציע.

דיסקוסיע:
ווי פריער, דארפן מיר באַשטימען די אַנאָדע און קאַטאָדע. ווײַל דער רעדוקציע פּאָטענציאַל פֿון Fe²⁺/Fe איז מער נעגאַטיוו ווי יענער פֿון Ag⁺/Ag, וועט Fe דינען ווי די אַנאָדע און Ag ווי די קאַטאָדע.

ניצט די פאָרמולע:
\[
E ° צעל = E ° קאַטאָוד - E ° אַנאָוד
\]
\[
E° צעל = 0.80 V – (-0.44 V)
\]
\[
E° צעל = 0.80 V + 0.44 V
\]
\[
E° צעל = 1.24 V
\]

דער נאָרמאַלער צעל פּאָטענציעל איז 1.24 וואלט.

פֿאַר דער אַלגעמיינער צעל רעאַקציע, קאָמבינירן מיר די אָקסידאַציע און רעדוקציע רעאַקציעס:
– רעאַקציע בײַ דער אַנאָדע: \( \text{Fe} \rightarrow \text{Fe}^{2+} + 2\text{e}^- \)
– רעאַקציע בײַ דער קאַטאָדע: \( \text{Ag}^+ + \text{e}^- \rightarrow \text{Ag} \)

באַלאַנסירן די צאָל עלעקטראָנען אין ביידע רעאַקציעס:
\[
\text{Fe} \rightarrow \text{Fe}^{2+} + 2\text{e}^-
\]
\[
2\טעקסט{Ag}^+ + 2\טעקסט{e}^- \רייטאַראָו 2\טעקסט{Ag}
\]

אַלגעמיינע צעל רעאַקציע:
\[
\text{Fe} + 2\text{Ag}^+ \rightarrow \text{Fe}^{2+} + 2\text{Ag}
\]

בייַשפּיל קשיא 3

פראגע:
רעכנט אויס דעם צעל פּאָטענציאַל ביי 25°C פֿאַר אַ וואָלטאַישער צעל וואָס באַשטייט פֿון Al | Al³⁺ עלעקטראָדן און Ni | Ni²⁺ עלעקטראָדן, אויב די קאָנצענטראַציע פֿון Al³⁺ איז 0.001 M און די קאָנצענטראַציע פֿון Ni²⁺ איז 1 M. מען ווייסט אַז \(E°\) פֿאַר Al³⁺ | Al איז -1.66 V און \(E°\) פֿאַר Ni²⁺ | Ni איז -0.23 V.

דיסקוסיע:
ערשטנס, באַשטימען די אַנאָדע און קאַטאָדע:
– דער רעדוקציע פּאָטענציאַל פון Al³⁺/Al איז מער נעגאַטיוו (-1.66 V) ווי Ni²⁺/Ni (-0.23 V), אַזוי Al איז די אַנאָדע און Ni איז די קאַטאָדע.

דער נאָרמאַלער צעל פּאָטענציעל ווערט קאַלקולירט ווי:
\[
E ° צעל = E ° קאַטאָוד - E ° אַנאָוד
\]
\[
E° צעל = -0.23 V – (-1.66 V)
\]
\[
E° צעל = -0.23 V + 1.66 V
\]
\[
E° צעל = 1.43 V
\]

ווייטער, ניצן מיר די נערנסט גלייכונג צו רעכענען דעם צעל פּאָטענציאַל אונטער נישט-סטאַנדאַרט באדינגונגען:
\[
E_{צעל} = E°צעל – (\frac{RT}{nF} \right) \ln Q
\]
וואו (Q = \frac{[\text{Al}³⁺]}{[\text{Ni}²⁺]}), R איז די גאז קאנסטאנט (8.314 J/mol·K), T איז די טעמפעראטור אין קעלווין (298 K ביי 25°C), F איז די פאראדיי קאנסטאנט (96485 C/mol), און n איז די צאל עלעקטראנען (6 פאר רעאקציעס וואס נעמען אריין Al³⁺ און Ni²⁺).

שטעל אריין די באקאנטע ווערטן אין דער גלייכונג:
\[
ק = \frac{0.001}{1} = 0.001
\]
\[
E_{צעל} = 1.43 V – (\frac{8.314 \times 298}{6 \times 96485} \right) \ln 0.001
\]
\[
E_{צעל} = 1.43 V – (\frac{2477.172}{578910} \right) \ln 0.001
\]
\[
E_{צעל} = 1.43 V – (0.00428) ∫ 0.001
\]

\[
∫ 0.001 = -6.907
\]

\[
E_{צעל} = 1.43 V – (0.00428 \times -6.907)
\]

\[
E_{צעל} = 1.43 V + 0.0295
\]
\[
E_{צעל} = 1.4595 V
\]

אַלזאָ, דער צעל פּאָטענציאַל אין דעם צושטאַנד איז אַרום 1.46 וואלט.

קעסימפּולאַן

א וואלטאישע צעל איז א יסודות'דיגער קאנצעפט אין עלעקטראכעמיע וואס פארוואנדלט כעמישע ענערגיע אין עלעקטרישע ענערגיע. דער ארטיקל האט פארגעשטעלט די גרונטלעכע זאכן פון וואלטאישע צעל טעאריע און געגעבן ביישפילן צו העלפן קלאר מאכן דעם פראצעס פון אויסרעכענען צעל פאטענציאל. מיט דעם פארשטאנד וועלן לייענער האפענטליך האבן א בעסערן פארשטאנד פון וואלטאישע צעלן און זייערע אנווענדונגען אין פארשידענע קאנטעקסטן.