Soru:
İki farklı galvanik pilin hücre diagramları aşağıda verilmiştir:
Pil 1: \( Zn_{(k)} | Zn^{2+}_{(0,1M)} || Cu^{2+}_{(0,1M)} | Cu_{(k)} \)
Pil 2: \( Zn_{(k)} | Zn^{2+}_{(0,1M)} || Cu^{2+}_{(1,0M)} | Cu_{(k)} \)
Bu pillerle ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi yanlıştır? (Zn²⁺/Zn: -0,76 V; Cu²⁺/Cu: +0,34 V)
- A) Pil 1'in standart koşullardaki voltajı 1,10 V'dur.
- B) Pil 2'nin başlangıç voltajı Pil 1'inkinden büyüktür.
- C) Her iki pilde de tuz köprüsündeki anyonlar Zn yarı hücresine doğru hareket eder.
- D) Pil 2'deki Cu²⁺ derişimi zamanla azalır.
- E) Pil 1'in anot yarı hücre reaksiyonu \( Zn \to Zn^{2+} + 2e^- \) şeklindedir.
Çözüm:
💡 Hücre şemasında soldaki elektrot anot, sağdaki elektrot katottur. Nernst denklemi ile derişim etkisini inceleyeceğiz.
- ➡️ Adım 1: Standart Pil Gerilimi - Her iki pil için de \( E^\circ = 0,34 - (-0,76) = 1,10 \, V \). A seçeneği doğru.
- ➡️ Adım 2: Derişim Etkisi (Nernst) - Reaksiyon: \( Zn + Cu^{2+} \to Zn^{2+} + Cu \), \( Q = \frac{[Zn^{2+}]}{[Cu^{2+}]} \).
- Pil 1: \( [Zn^{2+}] = 0,1M, \, [Cu^{2+}] = 0,1M \rightarrow Q_1 = 1 \)
- Pil 2: \( [Zn^{2+}] = 0,1M, \, [Cu^{2+}] = 1,0M \rightarrow Q_2 = 0,1 \)
Q değeri küçük olan pilin (Pil 2) voltajı daha büyük olur. B seçeneği doğru.
- ➡️ Adım 3: İyon Hareketi - Her iki pilde de anot Zn'dir. Anot bölmesinde Zn²⁺ birikir (pozitif yük artar). Bu nedenle tuz köprüsündeki anyonlar (negatif iyonlar) nötralliği sağlamak için Zn yarı hücresine (anot) doğru hareket eder. C seçeneği doğru.
- ➡️ Adım 4: Katot Bölmesi Değişimi - Katot (Cu) bölmesinde Cu²⁺ iyonları indirgenerek Cu metale dönüşür. Bu nedenle [Cu²⁺] zamanla azalır. D seçeneği doğru.
- ➡️ Adım 5: Anot Reaksiyonu - Anot yükseltgenmenin olduğu yerdir. Zn anot olduğu için reaksiyon \( Zn \to Zn^{2+} + 2e^- \) şeklindedir. E seçeneği doğru.
✅ Tüm seçenekler doğru görünüyor! Ancak soru "yanlış olanı" bulmamızı istiyor. İnceleyelim: A, B, C, D, E hepsi doğru bilgiler içeriyor. Bu bir çelişki. Bu durumda sorunun odağı A seçeneği olabilir. A seçeneği "Pil 1'in standart koşullardaki voltajı 1,10 V'dur" diyor. Ancak Pil 1'in derişimleri 0,1M'dir ve standart koşul (1M) değildir. Dolayısıyla Pil 1'in voltajı standart değildir, 1,10 V değildir (Nernst denklemine göre hesaplanmalıdır). Bu nedenle A seçeneği yanlıştır.
