Name: cell voltage and electron flow
Uploaded: 2020-09-24T15:06:52.000Z
Duration: 2 min 36 s
Channel: JoVE

Elektronlar bir telin içinden veya bir çözelti içinden geçtiğinde, elektrik üretirler. Bu elektron akışı veya daha spesifik olarak elektrik yükü, bir elektrik akımı olarak tanımlanır. Peki elektronların akmasına sebep olan nedir?Bakır ve çinko arasında bir redoks reaksiyonu düşünün. Bir bakır iyon çözeltisine bir çinko elektrot yerleştirildiğinde, elektronlar bir maddeden diğerine aktarılır. Elektron kaybetme eğilimi daha yüksek olan çinko, çinko iyonlarına oksitlenirken, bakır iyonları katı bakıra indirgenir.Bu reaksiyonda elektronlar çinkodan bakıra akar, ancak bu reaksiyon elektrik üretmez. Şimdi, reaktanların, çinko ve bakırın fiziksel olarak ayrıldığını ve bir tel gibi harici bir iletkenle bağlandığını düşünün. Reaktantların elektron kazanma veya kaybetme eğilimi hala devam ediyor ve elektronları iki yarı tepkimeyi birbirine bağlayan telden akmaya iter.Bu elektron akışı bir elektrik akımı oluşturur ve ampul gibi elektrikli cihazlara güç sağlayabilir. Elektrik akımı amper cinsinden ölçülür. Bir amper, saniyede 6, 24×10^18 elektrona karşılık gelen saniyede bir coulomb elektrik yükünün akışına eşittir.Elektriğin akışı, bir şelaleden aşağı akan suya benzer. Su, yerçekimi potansiyel enerjisindeki fark tarafından yönlendirilirken, elektronların akışı, reaktanlar arasındaki elektriksel potansiyel enerjinin farkı tarafından yönlendirilir. Elektriksel potansiyel enerjideki bu fark, potansiyel farkı, elektromotor kuvveti veya hücre potansiyeli terimleriyle tanımlanır.Hücre potansiyeli, iki reaktan arasındaki itici gücün ve elektron transferi eğiliminin bir ölçüsüdür. İzole edilmiş iki reaktantın hücre potansiyeli, hücre voltajında okunan bir voltmetre ile ölçülür. Bir volt, bir coulomb elektrik yükü başına bir jul potansiyel enerji ile ilişkilidir.Yüksek hücre potansiyeli, büyük bir itici gücü ve daha fazla elektron transferi kolaylığını gösterir. Son olarak, hücre potansiyeli veya elektromotor kuvveti, reaktanların doğasına, reaksiyon sıcaklığına ve reaksiyonda bulunan iyonların konsantrasyonuna bağlıdır.

elektromotor kuvvet

Elektrik, bir çözelti veya iletken bir ortamdan akan elektronlar veya iyonlar tarafından üretilir. Bu elektron akışı veya özellikle elektrik yükü bir elektrik akımı olarak tanımlanır. Elektronlar bir tel boyunca hareket ettiğinde, bir elektrik akımı üretirler. Bir redoks reaksiyonunda elektronların kaybolduğu ve kazanıldığı hatırlanabilir. Çinkonun bakır ile spontan redoks reaksiyonunda, çinko bir bakır iyonu çözeltisine daldırıldığında, bir maddeden diğerine elektron transferi meydana gelir.
 
 <img alt="Eq1" src="/files/ftp_upload/11433/11433_Equation_1.png" style="text-align: center; height: 50px;" />
 
 Elektronları kaybetme eğilimi daha yüksek olan çinko, çinko iyonlarına oksitlenirken, bakır iyonları katı bakıra indirgenir. Bununla birlikte, bu reaksiyon elektrik üretmez.
 
 Elektronlar Nasıl Akar ve Elektrik Akımı
 
 Elektron transferi doğrudan bir indirgeyici maddeden bir çözelti içindeki bir oksitleyici maddeye gerçekleşir. Yarı reaksiyonların bileşenleri fiziksel olarak ayrı kaplarda izole edilmiş ve bir tel gibi harici bir iletken vasıtasıyla bağlanmış olsa bile, reaktanların elektron kaybetme ve kazanma eğilimi hala devam etmektedir. Ancak, şimdi, elektronlar iki yarı reaksiyonu bağlayan telden akmaya zorlanır. Telden geçen bu elektron akışı bir elektrik akımı oluşturur ve bir ampul gibi elektronik cihazlara güç verebilir. Elektrik akımı amper cinsinden ölçülür. Bir amper, saniyede bir coulomb elektrik yükünün akışına eşittir ve saniyede 6,24 × 10−18 elektrona eşittir.
 
 <img alt="Eq2" src="/files/ftp_upload/11433/11433_Equation_2.png" style="text-align: center; height: 72px;" />
 
 Bir elektron 1,602 × 10−19 C'lik bir yüke sahip olduğundan, 1 amper saniyede 6,242 × 1018 elektron akışı ile ilişkilidir.
 
 <img alt="Eq3" src="/files/ftp_upload/11433/11433_Equation_3.png" style="text-align: center; height: 50px;" />
 
 Elektrik Akımı için İtici Kuvvet, Potansiyel Fark ve Emf
 
 Elektrik akımının akışı şelaleden akan suya benzer. Su, yerçekimsel potansiyel enerjideki farklılığa, elektronların akışı ise elektriksel potansiyel enerjinin reaktanlar arasındaki farklılığından kaynaklanır. Elektriksel potansiyel enerjideki bu fark, potansiyel fark, elektromotor kuvvet (emf) veya hücre potansiyeli terimleri ile tanımlanır. Emf, iki reaktif arasındaki itici kuvvetin ve elektron transferi eğiliminin bir ölçüsüdür.
 
 Bazı redoks reaksiyonları spontandır, diğerleri ise değildir. Örneğin, bir bakır tel gümüş(I) iyonları tarafından kendiliğinden oksidasyona uğrar, ancak kurşun(II) iyonlarının bir çözeltisine daldırıldığında herhangi bir reaksiyon vermez. Bu, iki türün, Ag+ (aq) ve Pb+2 (aq)'nin bakıra karşı redoks aktivitesindeki farktan kaynaklanmaktadır: gümüş iyonu kendiliğinden bakırı okside eder, ancak kurşun iyonu oksitlemez. Elektrokimyada redoks reaktivitesindeki bu fark, ‘hücre potansiyeli’ terimi kullanılarak ölçülebilir; yaygın olarak ‘voltaj’ olarak da bilinir.
 
 İki izole reaktan hücre potansiyeli, hücre voltajında okunan bir voltmetre ile ölçülür. Bir volt, bir coulomb elektrik yükü başına bir joule potansiyel enerji ile ilişkilidir.
 
 <img alt="Eq4" src="/files/ftp_upload/11433/11433_Equation_4.png" style="text-align: center; height: 72px;" />
 
 Yüksek bir hücre potansiyeli, büyük bir itici kuvveti ve daha fazla elektron transferi kolaylığını gösterir. Son olarak, elektromotor kuvvet veya hücre potansiyeli, reaktanların doğasına, reaksiyon sıcaklığına ve reaksiyonda bulunan iyonların konsantrasyonuna bağlıdır.
 
 Bu metin bu kaynaktan uyarlanmıştır: <a href=""https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/17-3-electrode-and-cell-potentials"">OpenStax, Chemistry 2e, Section 17.3: Electrode and Cell Potentials</a>.

Elektromotor Kuvvet

Elektrik, bir çözeltiden veya iletken bir ortamdan akan elektronlar veya iyonlar tarafından üretilir. Bu elektron akışı veya özellikle elektrik ...

Education

JoVE Core

Chemistry

Kimya

Electrochemistry

Elektrokimya

KEY TERMS AND CONCEPTS

TEMEL TERİMLER VE KAVRAMLAR

Electromotive Force

cell voltage and electron flow

Electric current is the flow of electric charge through a conducting medium or a solution. In wires, that charge is carried by electrons. In some solutions, ions can also move and carry charge. When electrons move through a wire, they produce an electric current.

This idea connects to redox reactions, where electrons are lost and gained. In the spontaneous reaction between zinc and copper ions, zinc is oxidized to zinc ions. Copper ions are reduced to solid copper. Even so, this direct reaction does not generate useful electricity.

Electricity is produced when the half-reactions are separated into different vessels and linked by an external wire. The tendency for electrons to move from the reducing agent to the oxidizing agent still remains. But now the electrons must travel through the wire instead of moving directly in solution. That forced movement is an electric current, and it can power devices such as a light bulb.

Electric current is measured in amperes. One ampere means one coulomb of charge moves each second. That is equal to about 6.24 × 10^18 electrons per second. Since one electron has a charge of 1.602 × 10^-19 C, the ampere gives a direct measure of electron flow.

The flow of current depends on a driving force, much like water flowing down a waterfall. Water moves because of a difference in gravitational potential energy. Electrons move because of a difference in electrical potential energy between the reactants. This difference is called potential difference, electromotive force, or cell potential.

Electromotive force, or emf, describes the driving force between two reactants and their tendency to transfer electrons. Some redox reactions are spontaneous, but others are not. For example, copper wire is oxidized spontaneously by silver(I) ions, but it does not react with lead(II) ions. That difference shows that silver ions and lead ions do not have the same redox reactivity toward copper.

Cell potential is another name for this redox driving force, and voltage is a common word for it. A voltmeter is used to measure the cell potential of two isolated reactants. The reading is given in volts. One volt equals one joule of potential energy per coulomb of charge. A high cell potential means a strong driving force and easier electron transfer. The electromotive force also depends on the nature of the reactants, the temperature, and the concentration of ions in the reaction.

Cell Voltage and Electron Flow

balancing redox equations

Redox Reactions and Half-Reaction Balancing

Redox reactions involve electron transfer and changes in oxidation number. In electrochemistry, these reactions connect chemical changes with electrical energy. They also power technologies such as industrial metal processing and rechargeable batteries used in electric vehicles. Oxidation number is a way to track how an atom's electronic environment changes compared with the pure element, where the oxidation number is zero. For a simple ionic compound, the oxidation number matches the ion...

electromotive force

Electric current is the flow of electric charge through a conducting medium or a solution. In wires, that charge is carried by electrons. In some solutions, ions can also move and carry charge. When electrons move through a wire, they produce an electric current. This idea connects to redox reactions, where electrons are lost and gained. In the spontaneous reaction between zinc and copper ions, zinc is oxidized to zinc ions. Copper ions are reduced to solid copper. Even so, this direct...

voltaic/galvanic cells

Galvanic Cells and Battery Reactions

Galvanic cells use spontaneous redox reactions to produce electric current. A common example is a disposable AA battery, which powers devices by turning chemical energy into electrical energy. Another example is a copper wire placed in silver nitrate solution, where the solution slowly turns bright blue and a grey solid forms on the wire. In the copper and silver reaction, copper is oxidized and silver ions are reduced. Copper forms cuprous ions, which give the solution its blue color. At the...

standard electrode potentials

Using Electrode Potentials to Predict Reactions

Electrode potentials help predict whether a redox reaction will happen on its own. A redox reaction involves electron transfer. In electrochemistry, the measured value is called cell potential or cell voltage. It shows the energy linked to charge transfer and is measured in volts, where 1 volt equals 1 joule per coulomb. A single half-cell cannot be measured by itself because electron transfer needs both a donor and a receiver. For that reason, scientists measure the difference between two...

cell potential and free energy

Redox Cell Potential, ΔG°, and K

Redox cell potential connects chemical energy, free energy change, and the equilibrium constant in an electrochemical cell. In these reactions, chemical energy is converted into electrical energy. That link helps predict whether a reaction is spontaneous and how far it may proceed. Thermodynamics is the study of how heat and other forms of energy are related. In an electrochemical cell, cell potential can also reflect oxidizing strength or reducing strength. A similar idea appears in acid-base...

the nernst equation

Cell Potential Under Changing Conditions

Cell potential changes when a redox reaction does not run at standard conditions. Standard cell potentials connect with standard free energy change, ΔG°, and the equilibrium constant K, but those relationships only hold at 1 M concentration, 298 K, and 1 atmosphere. A zinc(II) and tin(II) redox cell with E°cell = +0.291 V and ΔG° = −56.2 kJ is spontaneous under those standard conditions. As a cell discharges, the reactant concentration changes and the cell potential steadily drops. Many redox...

concentration cells

Cell Potential from Concentration Differences

Concentration cells are voltaic cells that use two almost identical half-cells. The half-cells use the same electrode and the same half-reaction. They differ only in the concentration of one redox species, so the cell potential depends on that concentration difference. In a concentration cell, the Nernst equation can be used to find the cell potential. For the zinc example shown, the calculated cell potential is positive. A positive cell potential means the overall reaction is spontaneous. <br...

batteries and fuel cells

Primary, Rechargeable Batteries and Fuel Cells

Batteries and fuel cells are galvanic cells that supply electrical power for many applications. They range from tiny button batteries in wristwatches to large systems that can provide backup energy to municipal power grids. Some are primary cells, which are single-use and cannot be recharged. Others are secondary cells, which use reversible reactions and can be charged again by an external power source. A common primary battery is the dry cell. It uses zinc as both the container and the anode,...

corrosion

Rusting and Metal Protection

Corrosion is the natural breakdown of metals through electrochemical reactions. It can appear as rust on iron, tarnish on silver, or a blue-green patina on copper. In each case, the metal is oxidized. Some corrosion products can protect the surface, while others keep damaging the metal. Rusting is the harmful type of corrosion seen in iron. It happens when iron is exposed to oxygen and water. A galvanic cell forms on the iron surface, and this drives oxidation at the anodic region and...

electrolysis

Electrolysis in Batteries and Metal Production

Electrolysis uses electrical energy to drive a nonspontaneous redox reaction. In a galvanic cell, a spontaneous redox reaction does electrical work on the surroundings by sending electrons through an external circuit. In electrolysis, an external circuit does work on the redox system by applying a voltage large enough to force the reaction in the opposite direction. This process is used in several real-world settings. Recharging a battery is one example, because an outside power source drives...

key terms and concepts

Explore how redox reactions create electric current, what cell potential means, and how voltage and emf measure the driving force for electron flow.

Cell Voltage and Electron Flow | JoVE K12

chemistry

JoVE Core Kimya, özlü ve kolay anlaşılır animasyon video derslerini kullanarak genel kimya kavramlarına hayat veriyor. Ek olarak, bilim insanı uygulama videolarımız ile klasik ve orijinal araştırma deneylerini dünya çapında günümüz laboratuvarlarında görselleştiriyoruz.

Cell Voltage and Electron Flow

Description

Transcript

Tags