| Guest |
Bu yarı-hücrenin diyagramı
Pt | H2(g, 1bar) | H+ (a = 1)
İki ayrı dik çizgi, üç fazın olduğunu gösterir. Bu fazlar katı platin, hidrojen gazı ve sulu çözeltideki hidrojen iyonudur. Basit olarak genellikle H3O+ yerine H+ yazarız, birim aktiviteyi (a = 1) yaklaşık olarak [H+] = 1 M alırız ve 1 bar basıncı 1 atm ile değiştiririz.
Standart elektrot potansiyelinin, E°, elektrotta oluşan indirgenme işleminin eğilimini ölçtüğü, uluslararası düzeyde, kabul edilmiştir. Sulu çözeltide bulunan iyonik türler daima birim etkinlikte (yaklaşık 1 M), gazlar ise daima 1 bar (yaklaşık 1 atm) basınçta olmalıdır. E° değeri ölçülecek madde bir metal değilse, potansiyel, platin gibi soy bir metal elektrot üzerinden ölçülerek bulunur. İndirgenen madde (çizgi) işaretinin sol tarafına, ana indirgenme ürünü ise sağ tarafına yazarız.
Cu2+(1 M) + 2 e- → Cu(k) E°Cu2+ / Cu = ?
Yukarıdaki yarı tepkimenin olduğu bir standart elektrotun E° değerini tayin etmek için, bu yarı-hücreyi bir standart elektrotu (SHE) ile karşılaştırılır. Bu karşılaştırmada SHE daima hücre diyagramının solundaki elektrot (anot) olarak alınır. Karşılaştırılan elektrot ise hücre diyagramının sağındaki elektrot (katot) dur. Elektronların H2 den Cu elektroda ilettiği aşağıdaki hücrede ölçülen potansiyel farkı 0,340 V dur.
Pt | H2(g, 1 atm) | H+(1 M) || Cu2+(1 M) | Cu(k) E°pil = 0,340 V
Anot Katot
Standart hidrojen elektrodu (SHE)
Standart hidrojen elektrodu, 1 M H+(aq) içeren çözeltiye daldırılan bir platin parçası ile platinin yüzeyinden geçen hidrojen akımından meydana gelir. Platin tepkimeye girmeyip, H3O(aq)+ nın H2(g) indirgenmesi ve bunun tersi olan yükseltgenme yarı-tepkimesi için bir yüzey meydana getirir.
Standart hücre potansiyeli, E°pil iki standart elektrottan oluşan bir hücrenin potansiyeli farkı veya voltajıdır. Bu fark daima aşağıdaki gibi bulunur.
E°pil = E° (sağ) - E° (sol)
(katot) (anot)
Örneğin; E°pil = E°Cu2+ / Cu - E°H+ / H2 = 0,340 V
E°pil = E°Cu2+ / Cu – 0 V = 0,340 V
E°Cu2+ / Cu = 0,340 V
Standart indirgenme yarı-tepkimesi için
Cu2+(1 M) + 2 e- → Cu(k) E°Cu2+ / Cu = +0,340 V
Tepkimede diyagramı verilen volta hücresinde oluşan toplam tepkimeyi aşağıdaki gibi yazabiliriz.
H2(g, 1 atm) + Cu2+(1 M) → 2 H+(1 M) + Cu(k) E°pil = 0,340 V
Hücre tepkimesi, Cu2+(1 M) nın H+(1 M) dan daha kolayca indirgendiğini belirtir.
Standart hidrojen elektrotunun potansiyeli sıfır olarak alınır. Herhangi bir elektrot yarı-tepkimesinin indirgenme eğilimi, H+(1 M) nın H2(g, 1 atm) e indirgenme eğiliminden daha büyükse, bu elektrotun standart indirgenme potansiyeli, E°, pozitif bir değer alır. Herhangi bir elektrot yarı-tepkimesinin indirgenme eğilimi, H+(1 M) nın H2(g, 1 atm) e indirgenme eğiliminden daha küçükse, bu elektr**** standart indirgenme potansiyeli, E°, negatiftir.
03. Epil, ΔG, ve Kd
Bir volta hücresinde tepkime olduğunda hücre elektriksel iş yapar. Toplam iş, aşağıdaki üç terimin çarpımına eşittir. Bunlar, Epil, elektrotlar arasında aktarılan elektron mol sayısı, ve Faraday sabiti (F) olarak adlandırılan elektron molü başına elektrik yükü (96485 C/mol e-) dür. Welek in birimi de jul (J) dür.
welek = nF Epil
Yukarıdaki eşitlik yalnızca tersinir olarak çalışan hücrelere uygulanır. Bir işlemden elde edilebilen kullanılır enerji (iş) miktarının –ΔG ye eşit olduğunu belirtmiştik. Bu nedenle,
ΔG = -nF Epil
Tepkenlerin ve ürünlerin standart hallerinde bulunduğu özel durumda,
ΔG° = -nF E°pil
İndirgenme Yarı-Tepkimelerinin Birleştirilmesi
Fe3+(aq) + 3 e- → Fe(k)
Fe2+(aq) + 2 e- → Fe(k), E° = -0,440 V
Fe3+(aq) + e- → Fe2+(aq), E° = 0,771 V
İstediğimiz yarı-tepkime basit olarak bu iki yarı-tepkimenin toplamıdır. Fakat aradığımız E° değeri -0,440 V ve 0,771 V ile 0,771 V un toplamından elde edilemez. Bu ΔG° değerleridir.
Fe2+(aq) + 2 e- → Fe(k); ΔG° = -2 x F x (-0,440 V)
Fe3+(aq) + e- → Fe2+(aq); ΔG° = -1 x F x (0,771 V)
--------------------------------------------------------------------
Fe3+(aq) + 3 e- → Fe(k); ΔG° = (0,880F) V – (0,771F) V = (0,109F) V
Şimdi E°Fe3+ / Fe, değerini bulmak için yeniden tepkimeyi kullanabiliriz.
ΔG° = -nF E°Fe3+ / Fe = -3F E°Fe3+ / Fe = (0,109F) V
E°Fe3+ / Fe = (-0,109F / 3F) V = -0,0363 V
Yükseltgenme-İndirgenme Tepkimelerinde İstemli Değişmeler
Kendiliğinden oluşan tepkimeler için için ana ölçütümüz ΔG < 0 olmasıdır. Redoks tepkimelerinde ΔG < 0 olduğunda Epil >0 dır. Diğer bir deyişle, ΔG negatif ise Epil pozitif olmalıdır. Epil pozitif ise, tepkime belirtilen koşullarda ileri yönde eğilimlidir. Epil negatif ise, tepkime belirtilen koşullarda ters yönde eğilimlidir. Epil = 0 ise tepkime belirtilen koşullarda dengededir. Hücre tepkimesi ters çevrilirse, Epil nin işareti değişir.
|