AYT Kimya: Elektrot Potansiyelleri Konu Anlatımı ve Örnek Soru Çözümleri

Question

Elektrot potansiyelleri konusu çok soyut geliyor. Nerede kullanacağımı ve nasıl hesaplayacağımı tam olarak anlamıyorum.

Answer 1

🧪 Elektrot Potansiyeli Nedir?

Elektrot potansiyeli, bir metalin çözeltisi içindeki iyonlarıyla dengeye ulaştığında oluşan potansiyel farkıdır. Yani, bir metalin elektron verme veya alma eğiliminin ölçüsüdür. Bu değer, standart hidrojen elektrot (SHE) referans alınarak belirlenir.

• ⚡ Standart Elektrot Potansiyeli (E°): 25°C sıcaklıkta, 1 atm basınçta ve 1 M iyon derişiminde ölçülen elektrot potansiyelidir.
• ➕ Yükseltgenme Potansiyeli: Bir maddenin elektron vererek yükseltgenme eğilimini gösterir.
• ➖ İndirgenme Potansiyeli: Bir maddenin elektron alarak indirgenme eğilimini gösterir.

🧲 Elektrot Potansiyelini Etkileyen Faktörler

• 🌡️ Sıcaklık: Sıcaklık arttıkça elektrot potansiyeli değişir. Nernst denklemi ile bu değişim hesaplanabilir.
• концентрация İyon Derişimi: Çözeltideki iyonların derişimi elektrot potansiyelini etkiler.
• 🔩 Basınç: Gaz elektrotlar için basınç önemlidir.

⚙️ Nernst Denklemi

Elektrot potansiyelinin derişim ve sıcaklıkla nasıl değiştiğini hesaplamak için Nernst denklemi kullanılır.

Nernst Denklemi:

$E = E° - \frac{RT}{nF} \ln Q$

• $E$: Hücre potansiyeli
• $E°$: Standart hücre potansiyeli
• $R$: İdeal gaz sabiti (8.314 J/mol·K)
• $T$: Kelvin cinsinden sıcaklık
• $n$: Transfer edilen elektron sayısı
• $F$: Faraday sabiti (96485 C/mol)
• $Q$: Reaksiyon katsayısı

🔋 Örnek Soru Çözümleri

❓ Soru 1:

Aşağıdaki yarı hücre tepkimelerine göre pil potansiyelini hesaplayınız.

$Zn^{2+}(aq) + 2e^- \rightarrow Zn(s) \quad E° = -0.76 V$
$Cu^{2+}(aq) + 2e^- \rightarrow Cu(s) \quad E° = +0.34 V$

Çözüm:

Öncelikle hangi yarı hücrenin anot (yükseltgenme) ve hangi yarı hücrenin katot (indirgenme) olduğunu belirlemeliyiz. Daha yüksek potansiyele sahip olan indirgenir, daha düşük potansiyele sahip olan yükseltgenir.

Bu durumda, $Cu^{2+}$ indirgenir ve $Zn$ yükseltgenir.

Hücre potansiyeli:

$E°_{hücre} = E°_{katot} - E°_{anot}$

$E°_{hücre} = 0.34 V - (-0.76 V) = 1.10 V$

❓ Soru 2:

Aşağıdaki pilin potansiyelini Nernst denklemi ile hesaplayınız.

$Zn(s) | Zn^{2+}(0.1 M) || Cu^{2+}(0.01 M) | Cu(s)$

Verilenler: $E°_{Zn^{2+}/Zn} = -0.76 V$, $E°_{Cu^{2+}/Cu} = +0.34 V$, $T = 298 K$

Çözüm:

Öncelikle standart hücre potansiyelini hesaplayalım: $E°_{hücre} = 1.10 V$ (bir önceki soruda hesapladık)

Reaksiyon denklemi: $Zn(s) + Cu^{2+}(aq) \rightarrow Zn^{2+}(aq) + Cu(s)$

Reaksiyon katsayısı: $Q = \frac{[Zn^{2+}]}{[Cu^{2+}]} = \frac{0.1}{0.01} = 10$

Nernst denklemi:

$E = E° - \frac{RT}{nF} \ln Q$

$E = 1.10 - \frac{8.314 \times 298}{2 \times 96485} \ln 10$

$E \approx 1.10 - 0.0296 \approx 1.07 V$