فيديو السؤال: حساب جهد الخلية القياسي لخلية جلفانية من المغنيسيوم والفضة الكيمياء

نسخة الفيديو النصية

تتكون خلية جلفانية من قطب ‪Mg‬‏ في محلول تركيزه واحد مولار من . ما جهد الخلية القياسي؟

عندما نريد إيجاد جهد الخلية القياسي لخلية جلفانية، علينا دراسة التفاعلين النصفيين لتحديد أيهما تفاعل أكسدة وأيهما تفاعل اختزال. تسمى قابلية أو إمكانية اختزال المادة «جهد الاختزال».

حددت جهود اختزال العديد من المواد والعناصر في الظروف القياسية وبالمقارنة بقطب الهيدروجين القياسي، الذي يبلغ جهد اختزاله في الظروف القياسية 0.000 فولت. الظروف القياسية هي واحد ضغط جوي، ودرجة حرارة 25 درجة سلزية، وتركيز واحد مولار للإلكتروليت. وهذا يعطينا قيمة جهد اختزال القطب القياسي، ‪𝐸‬‏، مع وجود علامة ‪⦵‬‏ فوقه التي تشير إلى الظروف القياسية. وتقاس هذه القيمة بالفولت.

يوجد جدول خاص يسمى «السلسلة الكهروكيميائية» يضم العديد من جهود الاختزال القياسية هذه. بعض المواد لها قيم سالبة مقارنة بقطب الهيدروجين القياسي، مثل المغنيسيوم، وبعضها له قيم موجبة، مثل الفضة. تخبرنا القيمتان النسبيتان لجهدي الاختزال القياسيين بالمادة التي لها جهد اختزال أكبر. أو بعبارة أخرى: توضح هذه القيم المادة الأكثر قابلية للاختزال في خلية جلفانية.

التفاعل النصفي ذو جهد الاختزال القياسي الأقل، أو ذو القيمة السالبة أكثر هو تفاعل الأكسدة النصفي. يمكننا ملاحظة أن المغنيسيوم سيتعرض للأكسدة. لذا يمكننا قلب هذا السهم ليصبح مشيرًا إلى الاتجاه الآخر لكتابة هذا التفاعل النصفي كتابة صحيحة في صورة تفاعل أكسدة؛ حيث يفقد الفلز الصلب إلكترونات لتكوين أيونات. وبدلًا من ذلك، يمكننا قلب المعادلة بالكامل بحيث يمكن قراءتها بسهولة من اليسار إلى اليمين، وهو ما يوضح عملية الأكسدة.

أما التفاعل النصفي ذو جهد الاختزال القياسي الأكبر، أو ذو القيمة الموجبة أكثر، فهو تفاعل الاختزال النصفي. يمكننا ملاحظة أن الفضة لها قيمة موجبة أكثر. ومن ثم ستخضع أيونات الفضة للاختزال، وستكتسب إلكترونات لتكوين فلز الفضة. الفضة لها جهد اختزال أكبر من المغنيسيوم. في هذه الحالة يكون اتجاه السهم في التفاعل النصفي صحيحًا. وكتب هذا التفاعل النصفي بالفعل في صورة تفاعل اختزال.

يحدث تفاعل الأكسدة النصفي عند المصعد، ويحدث تفاعل الاختزال النصفي عند المهبط. والآن بعد أن عرفنا تفاعلي الأكسدة والاختزال النصفيين، يمكننا استخدام معادلة لتحديد جهد الخلية الكلي لخلية جلفانية مكونة من المغنيسيوم والفضة. ‏‪𝐸‬‏ للخلية يساوي ‪𝐸‬‏ للمهبط ناقص ‪𝐸‬‏ للمصعد. والآن يمكننا التعويض بهاتين القيمتين. ‏‪𝐸‬‏ للمهبط هو جهد الفضة الذي يساوي موجب 0.7996 فولت. و‪𝐸‬‏ للمصعد هو جهد المغنيسيوم الذي يساوي سالب 2.372 فولت.

عليك مراعاة وجود إشارتي سالب عند الحل. ومن ثم نحصل على موجب 3.172 فولت، وهو جهد الخلية القياسي لخلية جلفانية مكونة من المغنيسيوم والفضة. وهذا هو أقصى فرق جهد بين قطبي المغنيسيوم والفضة في بداية تفاعل الأكسدة والاختزال. وبمرور الزمن ونتيجة لاستمرار التفاعل، ستقل هذه القيمة. تخبرنا الإشارة الموجبة في جهد الخلية أن التفاعل يحدث تلقائيًّا عندما يكون المغنيسيوم هو المصعد والفضة هي المهبط.

أخيرًا: ما جهد الخلية القياسي؟ الإجابة هي موجب 3.172 فولت.