فيديو السؤال: حساب جهد الخلية القياسي لخلية جلفانية من النحاس والزنك الكيمياء

نسخة الفيديو النصية

جهد القطب القياسي لنصف خلية نحاس؛ عند وضع قطب فلز نحاس في محلول من أيونات النحاس اثنين موجب، يساوي موجب 0.337 فولت. ما جهد الخلية القياسي عندما يكون نصف خلية النحاس هذا متصلًا بنصف خلية مماثل من فلز الزنك وأيونات الزنك اثنين موجب التي لها جهد قطب قياسي مقداره سالب 0.7618 فولت؟

عندما نريد إيجاد جهد الخلية القياسي لخلية جلفانية، علينا دراسة المعادلتين النصفيتين اللتين تندمجان لتكوين تفاعل أكسدة واختزال كامل للخلية. يمكن إيجاد التفاعلين النصفيين لهذه الخلية في سلسلة الجهود الكهربية، وهي قائمة مكونة من العديد من التفاعلات النصفية وجهود الأقطاب القياسية الخاصة بها.

علمنا من السؤال أن أحد نصفي الخلية يحتوي على قطب نحاس في محلول من أيونات النحاس اثنين موجب. والتفاعل النصفي المناظر في سلسلة الجهود الكهربية يكون كالآتي: يتفاعل ‪Cu2+‬‏ المائي مع إلكترونين لإنتاج ‪Cu‬‏ الصلب. ونجد أن جهد القطب القياسي، الذي يسمى أيضًا جهد الاختزال القياسي، لهذا التفاعل النصفي يساوي موجب 0.337 فولت. علمنا من السؤال أيضًا أن نصف الخلية الآخر يتكون من الزنك، وأيونات زنك اثنين موجب. إذن، التفاعل النصفي الآخر يكون كالآتي: يتفاعل ‪Zn2+‬‏ المائي مع إلكترونين لإنتاج ‪Zn‬‏ الصلب. ولهذا التفاعل النصفي جهد قطب قياسي يساوي سالب 0.7618 فولت.

لاحظ أن التفاعلات عادة ما تكتب في صورة تفاعلات اختزال من اليسار إلى اليمين في سلسلة الجهود الكهربية، أو ما يعرف بجدول جهود الاختزال القياسية. ولهذا فإن جهود الأقطاب القياسية تسمى جهود الاختزال القياسية. وعادة ما تكتب التفاعلات باستخدام أسهم اتزان، على الرغم من استخدامنا للأسهم الأحادية الرأس هنا.

والآن، علينا تحديد أي هاتين المعادلتين تشير إلى تفاعل الأكسدة لهذه الخلية وأيهما تشير إلى تفاعل الاختزال. بالنظر لهذين التفاعلين نجد أنه بالصعود لأعلى كما هو موضح هنا، يزداد جهد اختزال الأيون. ومن ثم، فإن التفاعل النصفي ذا جهد الاختزال القياسي الأكبر، أو ذا القيمة الموجبة أكثر، هو تفاعل الاختزال النصفي. أما التفاعل النصفي ذو جهد الاختزال القياسي الأقل، أو ذو القيمة السالبة أكثر، فهو تفاعل الأكسدة النصفي. تحدث الأكسدة عند المصعد ويحدث الاختزال عند المهبط.

نلاحظ من السؤال أن جهد الاختزال القياسي لـ ‪Cu2+‬‏ أكبر أو قيمته موجبة أكثر من ‪Zn2+‬‏. وهذا يعني أن ذرات الزنك ستتأكسد عند المصعد، وأيونات النحاس ستختزل عند المهبط. وبما أن الزنك أكثر قابلية للتأكسد عند توصيله بالنحاس في خلية جلفانية، فيجب قلب هذا السهم من اليسار إلى اليمين إذا أردنا كتابة التفاعل النصفي كما يحدث بالفعل، هكذا. هذا هو تفاعل الأكسدة النصفي الصحيح.

الآن، نعلم أن النحاس هو المهبط والزنك هو المصعد. لذا، يمكننا استخدام المعادلة الآتية لتحديد جهد الخلية القياسي. ‏‪𝐸‬‏ للخلية يساوي ‪𝐸‬‏ للمهبط ناقص ‪𝐸‬‏ للمصعد. تشير العلامة ‪⦵‬‏ العلوية إلى الظروف القياسية، وهي درجة حرارة 25 درجة سلزية، وواحد ضغط جوي وتركيز واحد مولار للمحلول. ‏‪𝐸‬‏ للمهبط هو جهد الاختزال القياسي للنحاس، وهو المهبط، بقيمة تساوي موجب 0.337 فولت. و‪𝐸‬‏ للمصعد هو جهد الاختزال القياسي للزنك، وهو المصعد، بقيمة تساوي سالب 0.7618 فولت.

يمكننا التعويض بهاتين القيمتين في المعادلة، مع مراعاة وجود إشارتي سالب. وبحل هذه المعادلة، نحصل على موجب 1.0988 فولت. تشير القيمة الموجبة لـ ‪𝐸‬‏ للخلية إلى حدوث تفاعل أكسدة واختزال تلقائي عندما يكون النحاس هو المهبط والزنك هو المصعد.

في النهاية، ما جهد الخلية القياسي لهذه الخلية؟ الإجابة هي موجب 1.0988 فولت.