Name: using electrode potentials to predict reactions
Uploaded: 2020-09-24T15:06:52.000Z
Duration: 3 min 2 s
Channel: JoVE

Farklı sıvı seviyelerine sahip iki kap düşünün. Bağlandığında, sıvı yukarıdan aşağı seviyeye doğru akar. Ayrı sıvı seviyelerini ölçerek, akış yönü tahmin edilebilir.Nispeten, bir galvanik hücrede, bireysel elektrot potansiyellerini bilmek, oksidan, indirgeyici ve elektron akışını tahmin etmeye yardımcı olur. Burada, her bir yarım hücrenin karşılık gelen elektrot potansiyeli vardır. Bununla birlikte, tek tek elektrot potansiyeli doğrudan ölçülemez, ancak yalnızca iki yarı hücre arasındaki potansiyel fark ölçülebilir.Peki bu nasıl hesaplanır? Tek tek elektrot potansiyellerini belirlemek için, bir elektroda sıfır potansiyeli atanır ve diğer elektrot potansiyelleri buna göre ölçülür. Sıfır potansiyele sahip elektrot, standart durum koşulları altındaki hidrojen elektrotudur, standart hidrojen elektrotu veya SHE olarak da adlandırılır.SHE, 1 molar hidroklorik aside kısmen batırılmış ve 1 atmosferde bir hidrojen gazı akımına maruz bırakılmış bir inert platin elektrottan oluşan 25 Santrigrat derecede çalıştırılır. SHE'ye bir çinko elektrot bağlandığında, kütlesi azalır ve Zn2 iyonlarına oksidasyonunu gösterir. Aynı anda artan hidrojen gazı üretimi, hidrojen iyonlarının azalması anlamına gelir.Böylece çinko anot ve SHE katottur. 0, 76 Volt olan çinko standart elektrot potansiyeli, SHE'den daha büyük bir oksidasyon potansiyeli olduğunu gösterir. Bununla birlikte, SHE'ye bir bakır elektrot bağlandığında, Cu2 bakıra indirgendikçe kütlesi artar.Bu nedenle, bakır katot ve SHE anottur. Bakırın 0, 34 Volt'luk standart indirgeme potansiyeli, SHE'den daha büyük bir indirgeme potansiyeli gösterir. Standart elektrot potansiyelleri, oksidasyonların ve meydana gelebilecek azalmaların bir ölçüsünü sağlar ne kadar pozitif olursa, standart koşullar altında bir azalma eğilimio kadar artar.Bir redoks reaksiyon yönü ve kendiliğindenlik, tek tek standart elektrot potansiyelleri incelenerek belirlenir. Elektrot potansiyellerinin pozitif bir toplamı spontan bir reaksiyon anlamına gelir. Bu nedenle, anot olarak çinko ve katot olarak bakır ve 1, 10 Volt'luk bir hücre potansiyeline sahip bir bakır-çinko galvanik hücre için, her iki yarım hücre reaksiyonu ileri yönde spontan olarak meydana gelir.Son olarak, standart elektrot potansiyeli kendine özgü bir özelliktir ve yarı reaksiyon stokiyometrisindeki herhangi bir değişiklikten etkilenmez.

standart elektrot potansiyelleri

Gümüş ve kurşunun reaktivitesini karşılaştırırken, iki iyonik türün, Ag+(aq) ve Pb+2(aq), bakıra karşı redoks reaktivitesinde bir fark gösterdiği görülmektedir: gümüş iyonu kendiliğinden azalmaya maruz kalırken, kurşun iyonu azalmaz. Bu göreceli redoks aktivitesi, elektrokimyasal hücrelerde, hücre potansiyeli adı verilen bir özellik tarafından kolayca ölçülebilir. Bu özellik genellikle elektrokimyada hücre voltajı olarak bilinir ve yük transferine eşlik eden enerjinin bir ölçüsüdür. Potansiyeller, bir coulomb yük başına bir joule enerji olarak tanımlanan SI birimi Volt kullanılarak ölçülür. Böylelikle,
 
 <img alt="Eq1" src="/files/ftp_upload/11435/11435_Equation_1.png" style="text-align: center; height: 70px;" />
 
 Standart Elektrot Potansiyeli
 
 Elektrokimyasal amaçlar için ölçüldüğünde, hücre potansiyeli, belirli bir yük transfer işlemi türü yani reaktanlar arasındaki elektron transferi için itici gücün bir ölçüsüdür. Tek bir elektrotun veya tek bir hücrenin potansiyeli, elektron transferi olarak bir donör ve alıcı veya bir redüktör ve bir oksidan gerektirdiği için ölçülemez. Bunun yerine, bir yarım hücre potansiyeli sadece başka bir yarım hücreye göre ölçülebilir. Bu nedenle, sadece iki yarım hücre arasındaki potansiyel farkı ölçmek mümkündür, Ehücre, olarak tanımlanan
 
 <img alt="Eq2" src="/files/ftp_upload/11435/11435_Equation_2.png" style="text-align: center; height: 50px;" />
 
 burada Ekatot ve Eanot, sırasıyla katot ve anot olarak işlev gören iki farklı yarım hücrenin potansiyellerini temsil eder. Standart hücre potansiyeli, E°hücre, her iki yarım hücrenin standart durum koşullarında ölçülen hücre potansiyelidir ( yani, 1 m konsantrasyonları, 1 bar basınçları, 298 K)
 
 <img alt="Eq3" src="/files/ftp_upload/11435/11435_Equation_3.png" style="text-align: center; height: 50px;" />
 
 Yarı reaksiyon potansiyellerini kolayca hesaplamak için, bilimsel topluluk, 0 V potansiyeli olan tüm hücre potansiyeli ölçümleri için evrensel bir referans olarak hizmet etmek üzere belirli bir yarım hücre belirlenmiştir. Bu yarı hücre standart hidrojen elektrodu (SHE) olarak bilinir ve aşağıdaki yarı reaksiyona dayanır:
 
 <img alt="Eq4" src="/files/ftp_upload/11435/11435_Equation_4.png" style="text-align: center; height: 50px;" />
 
 Tipik olarak, 1 M sulu H+'ya daldırılmış, 1 bar basınçta köpüren H2 gazı akışı ile 298 K'lik bir üniform sıcaklıkta tutulan inert bir platin elektrottan oluşur. Bu nedenle, bir yarım hücre X için elektrot potansiyeli (EX), bir katot görevi gören bir hücre X için ölçülen potansiyel olarak tanımlanırken, SHE bir anot görevi görür.
 
 <img alt="Eq5" src="/files/ftp_upload/11435/11435_Equation_5.png" style="text-align: center; height: 70px;" />
 
 Bu nedenle,
 
 <img alt="Eq6" src="/files/ftp_upload/11435/11435_Equation_6.png" style="text-align: center; height: 50px;" />
 
 Standart durum koşulları altında, yarım hücre X'in potansiyeli standart elektrot potansiyeli olan E°X'e eşittir. Hücre potansiyelinin tanımı, yarı hücrelerin, katot olarak işlev görmesini gerektirdiğinden, bu potansiyellere standart indirgeme potansiyelleri de denir.
 
 Spontanlık Tahmini ve Redoks Reaksiyonunun Yönü
 
 Hücre ve elektrot potansiyelleri redoks reaksiyonlarının spontanlığını belirler. Spontan reaksiyonların pozitif bir hücre potansiyeli gösterdiği, spontan olmayan sürecin ise negatif bir hücre potansiyeli gösterdiği görülmektedir. Elektrot potansiyellerinin toplamı pozitif ise, reaksiyonun spontan olduğu söylenir. Pozitif elektrot potansiyeline sahip yarı hücre reaksiyonları ileri yönde meydana gelirken, hidrojen elektrotundan daha düşük değerlere sahip olanlar genellikle ters sırada meydana gelir.
 
 Daha güçlü bir oksidan, daha büyük standart elektrot potansiyeli sergiler,E°. Elektrot potansiyelleri indirgeme kapasitesini ölçtüğü için, artan bir E°, türlerin azaltılmasının ve daha iyi oksitleyici yetilerin ardındaki artan bir itici güce karşılık gelir. Böylece,E°katot > E°anot olduğunda E°hücre pozitiftir.
 
 Bunu göz önünde bulundurarak, bakırın neden gümüşle oksitlendiğini ancak kurşunla oksitlenmediğini açıklarız:
 
 <img alt="Eq7" src="/files/ftp_upload/11435/11435_Equation_7v2.png" style="text-align: center; height: 125px;" />
 
 Mineral Asitlerde Metal Çözünmesinin Tahmini
 
 Yarı hücre potansiyellerinin temel uygulamalarından biri, belirli bir metalin mineral asit içinde çözülüp çözülmeyeceğini anlamaktır. Hidroklorik asit gibi asitlerin çoğu, protonların hidrojen gazına indirgenmesi ve metallerin kendi iyonlarına oksidasyonu ile metalleri çözer. Çinkonun hidroklorik asit ile reaksiyona girmesi durumunda, çinkonun standart elektrot potansiyeli hidrojenden daha düşük olduğu için reaksiyon kendiliğinden gerçekleşir. Bununla birlikte, bakır, daha yüksek elektrot potansiyeli nedeniyle hidroklorik asit ile reaksiyona girmez.
 
 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>

Standart Elektrot Potansiyelleri

Gümüş ve kurşunun reaktivitesi karşılaştırıldığında, iki iyonik türün Ag+ (aq) ve Pb2+ (aq) 'nın redokslarında bir fark gösterdiği görülmektedir ...

Education

JoVE Core

Chemistry

Kimya

Electrochemistry

Elektrokimya

KEY TERMS AND CONCEPTS

TEMEL TERİMLER VE KAVRAMLAR

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 half-cells. The cell potential, Ecell, is defined from the cathode and anode potentials, and the standard cell potential, E°cell, is taken under standard conditions of 1 M concentration, 1 bar pressure, and 298 K.

To compare half-cells, chemistry uses the standard hydrogen electrode, or SHE, as a zero-volt reference. The SHE uses an inert platinum electrode in 1 M aqueous H+ with hydrogen gas bubbling at 1 bar and 298 K. A half-cell X is measured against the SHE when X acts as the cathode. Under standard conditions, this gives the standard electrode potential, E°X. These values are also called standard reduction potentials because the half-cell is written as a reduction.

The sign of the potential helps show the direction of a redox reaction. A spontaneous reaction has a positive cell potential, while a nonspontaneous one has a negative cell potential. When the sum of the electrode potentials is positive, the reaction is spontaneous. Half-cell reactions with positive electrode potential tend to go forward, and reactions with values below the hydrogen electrode usually go in reverse. A stronger oxidant has a larger standard electrode potential because it has a greater drive to gain electrons.

This idea explains why silver ions and lead ions behave differently toward copper. Silver ion, Ag+ (aq), is reduced spontaneously, but lead ion, Pb2+ (aq), is not. It also helps explain metal dissolution in mineral acids such as hydrochloric acid. These acids dissolve metals by reducing protons to hydrogen gas and oxidizing the metal to its ions. Zinc reacts spontaneously with hydrochloric acid because its standard electrode potential is lower than hydrogen’s, while copper does not react because its electrode potential is higher.

Using Electrode Potentials to Predict Reactions

using-electrode-potentials-to-predict-reactions

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

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...

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

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

Learn how electrode potentials and the standard hydrogen electrode help predict spontaneous redox reactions, metal reactivity, and whether metals dissolve in acid.

Using Electrode Potentials to Predict Reactions | 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.

Using Electrode Potentials to Predict Reactions

Description

Transcript

Tags