Soru:
Standart koşullarda çalışan bir galvanik pilin elektrotları ve elektrolitleri aşağıdaki gibidir:
- Yarı Hücre 1: \( Ni_{(k)} \) | \( Ni^{2+}_{(1M)} \) \( E^0(Ni^{2+}/Ni) = -0,25 \text{ V} \)
- Yarı Hücre 2: \( Cu_{(k)} \) | \( Cu^{2+}_{(1M)} \) \( E^0(Cu^{2+}/Cu) = +0,34 \text{ V} \)
Bu pil 0,2 amper akımla 9650 saniye çalıştırıldığında nikel elektrottaki kütle değişimi kaç gram olur? (Ni: 59 g/mol, 1 F = 96500 C)
Çözüm:
💡 Önce pilin çalışma prensibini ve nikel elektrodun rolünü belirleyelim.
- ➡️ İndirgenme potansiyeli daha küçük olan metal anot olur. \( E^0(Ni^{2+}/Ni) = -0,25 \text{ V} \) < \( E^0(Cu^{2+}/Cu) = +0,34 \text{ V} \) olduğundan, nikel anot, bakır katottur.
- ➡️ Anot yarı tepkimesi: \( Ni_{(k)} \rightarrow Ni^{2+} + 2e^- \) şeklindedir. Yani nikel elektrot yükseltgenerek çözeltiye geçer ve kütlesi azalır.
- ➡️ Kütle değişimini hesaplamak için devreden geçen yük miktarını ve açığa çıkan mol sayısını bulmalıyız.
- ➡️ Devreden geçen toplam yük (Q): \( Q = I \cdot t \) formülüyle bulunur. \( Q = 0,2 \text{ A} \cdot 9650 \text{ s} = 1930 \text{ C} \).
- ➡️ Mol elektron sayısı (\( n_{e^-} \)): \( n_{e^-} = \frac{Q}{F} = \frac{1930}{96500} = 0,02 \text{ mol } e^- \).
- ➡️ Tepkime denklemine göre, 1 mol Ni metalinin yükseltgenmesi için 2 mol elektron açığa çıkar. \( Ni \rightarrow Ni^{2+} + 2e^- \).
- ➡️ Yükseltgenen Ni mol sayısı (\( n_{Ni} \)): \( n_{Ni} = \frac{n_{e^-}}{2} = \frac{0,02}{2} = 0,01 \text{ mol} \).
- ➡️ Yükseltgenen Ni kütlesi: \( m_{Ni} = n_{Ni} \cdot M_{Ni} = 0,01 \text{ mol} \cdot 59 \text{ g/mol} = 0,59 \text{ g} \).
✅ Sonuç: Nikel elektrot yükseltgendiği için kütlesi 0,59 gram azalır. Soru kütle değişimini sorduğundan cevap 0,59 g'dır.
