فيديو السؤال: استخدام الجهود الكهروكيميائية لاختيار فلزات قادرة على اختزال أيونات اللانثانوم إلى فلز اللانثانوم الكيمياء

نسخة الفيديو النصية

باستخدام جهود الأقطاب القياسية الموضحة في الجدول، حدد أي الفلزات الآتية يمكنه اختزال ‪La₂O₃‬‏ إلى الفلز ‪La‬‏. أ: ‪Al‬‏ و‪Fe‬‏، ب: ‪Ca‬‏ و‪Al‬‏، ج: ‪Ca‬‏ فقط، د: ‪Fe‬‏ فقط، هـ: ‪Al‬‏ فقط.

للإجابة عن هذا السؤال، علينا فهم ما يعنيه جهد القطب القياسي وكيف يمكن استخدامه لتحديد أفضل فلز ممكن لاختزال ‪La2O3‬‏ إلى ‪La‬‏.

‏‪La‬‏ هو عنصر اللانثانوم، و‪La2O3‬‏ هو أكسيد اللانثانوم، حيث يحتوي اللانثانوم على شحنة ثلاثة موجب. عندما نتعامل مع جهود الاختزال القياسية، فإننا عادة ما نشير إلى التفاعلات التي تحدث داخل الخلايا الجلفانية. تتكون الخلية الجلفانية عادة من نصفي خلية متصلين بقنطرة ملحية.

هذا المخطط هو طريقة مبسطة لتمثيل هذه الخلية الجلفانية. يشار إلى قطبي نصفي الخلية بالمصعد والمهبط. المصعد هو القطب من الخلية الجلفانية الذي يزود الدائرة الكهربية الخارجية بالإلكترونات. والمصعد هو القطب السالب، والذي تحدث عنده الأكسدة. المهبط هو القطب من الخلية الجلفانية الذي يستقبل الإلكترونات من الدائرة الكهربية الخارجية. والمهبط هو القطب الموجب، والذي يحدث عنده الاختزال. تدفق الإلكترونات بين نصفي الخلية هذين هو الأساس لإنتاج تيار كهربي يستخدم لتشغيل أجهزة، مثل مصباح كهربي، كمثال بسيط على ذلك.

جرى تحديد جهد الاختزال القياسي للعديد من العناصر والمواد. جهد الاختزال القياسي للقطب هو جهد القطب اللازم لحدوث الاختزال، ويقاس بالفولت في ظل ظروف قياسية ويقارن بقطب الهيدروجين القياسي الذي جهده يساوي 0.00 فولت. تساعدنا قيم جهد الاختزال القياسي هذه في تحديد اتجاه تدفق الإلكترونات في الخلية الجلفانية، وأي قطب هو المصعد الذي ستحدث عنده الأكسدة، وأي قطب هو المهبط الذي سيحدث عنده الاختزال. القطب الذي له جهد موجب أكثر يعكس ميلًا أكبر لاستقبال الإلكترونات وللاختزال. هذا القطب هو المهبط. بعبارة أخرى، ستتدفق الإلكترونات نحو القطب الذي له جهد قياسي موجب أكثر.

مطلوب منا تحديد الفلزات التي تختزل أيونات اللانثانوم إلى فلز اللانثانوم. إذن، يمكننا استنتاج أن تفاعل الاختزال النصفي للانثانوم، وقيمة جهد القطب القياسي المناظرة له، وهي سالب 2.52 فولت، يجب أن يمثلا المهبط. والآن علينا إيجاد العنصر أو العناصر التي لها جهد قطب قياسي سالب أكثر من سالب 2.52 فولت. هذه العناصر الأكثر سالبية تكون قادرة على اختزال أيونات اللانثانوم تلقائيًّا إلى فلز اللانثانوم. يمكننا ملاحظة أن سالب 2.868 فولت هو القيمة الوحيدة الأكثر سالبية من قيمة جهد الاختزال القياسي للانثانوم. وهذه القيمة الخاصة بعنصر الكالسيوم.

الكالسيوم عامل مختزل أقوى من اللانثانوم، ومن ثم سيؤدي الكالسيوم إلى اختزال اللانثانوم، ويتأكسد الكالسيوم. هذا هو التفاعل النصفي الذي سيحدث في نصف خلية اللانثانوم. وهذا هو التفاعل النصفي الذي سيحدث في نصف خلية الكالسيوم المتصل به. لاحظ أن السهم قد انعكس من اليسار إلى اليمين؛ لأن فلز الكالسيوم في هذه الخلية سيتأكسد ولن يختزل.

وأخيرًا، كان السؤال: أي الفلزات الآتية يمكنه اختزال ‪La₂O₃‬‏ إلى الفلز ‪La‬‏؟ والإجابة هي الخيار ج: ‪Ca‬‏ فقط.