Bir elektrokimyasal pilde alüminyum ve gümüş elektrotlar kullanılıyor. $Al^{3+} + 3e^- \rightarrow Al$ için $E^0 = -1,66V$ ve $Ag^+ + e^- \rightarrow Ag$ için $E^0 = +0,80V$ olduğuna göre, bu pilin standart pil potansiyeli kaç volttur?
A) 0,86V
B) 1,46V
C) 2,46V
D) 3,46V
Merhaba sevgili öğrenciler!
Elektrokimyasal piller, kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren harika sistemlerdir. Bir pilin ne kadar elektrik üretebileceğini anlamak için standart pil potansiyelini ($E^0_{pil}$) hesaplamamız gerekir. Hadi bu soruyu adım adım çözelim!
- Adım 1: Yarı Reaksiyonları ve Standart İndirgenme Potansiyellerini Anlama
- Bize iki farklı elementin standart indirgenme potansiyelleri verilmiş:
- Alüminyum için: $Al^{3+} + 3e^- \rightarrow Al$, $E^0 = -1,66V$
- Gümüş için: $Ag^+ + e^- \rightarrow Ag$, $E^0 = +0,80V$
- Unutmayın, bu değerler maddelerin elektron alma (indirgenme) eğilimlerini gösterir. Pozitif değer ne kadar büyükse, indirgenme eğilimi o kadar fazladır. Negatif değer ne kadar büyükse (mutlak değerce), indirgenme eğilimi o kadar azdır ve yükseltgenme eğilimi o kadar fazladır.
- Adım 2: Anot ve Katodu Belirleme
- Bir elektrokimyasal pilde, daha yüksek (daha pozitif) standart indirgenme potansiyeline sahip olan madde indirgenir ve katot görevi görür. Daha düşük (daha negatif) standart indirgenme potansiyeline sahip olan madde ise yükseltgenir ve anot görevi görür.
- Verilen potansiyellere baktığımızda:
- Gümüş ($+0,80V$) alüminyumdan ($-1,66V$) daha pozitif bir indirgenme potansiyeline sahiptir. Bu yüzden gümüş iyonları indirgenecek ve gümüş elektrot katot olacaktır.
- Alüminyum ($-1,66V$) daha negatif bir indirgenme potansiyeline sahiptir. Bu yüzden alüminyum metali yükseltgenecek ve alüminyum elektrot anot olacaktır.
- Adım 3: Anot ve Katot Reaksiyonlarını Yazma
- Katot (İndirgenme): Gümüş iyonları elektron alarak gümüş metaline dönüşür.
- $Ag^+ (suda) + e^- \rightarrow Ag (katı)$
- $E^0_{katot} = +0,80V$
- Anot (Yükseltgenme): Alüminyum metali elektron vererek alüminyum iyonlarına dönüşür. Bu, verilen indirgenme reaksiyonunun tersidir.
- $Al (katı) \rightarrow Al^{3+} (suda) + 3e^-$
- Yükseltgenme potansiyeli, indirgenme potansiyelinin işaret değiştirmiş halidir: $E^0_{yükseltgenme} = -(-1,66V) = +1,66V$
- Adım 4: Standart Pil Potansiyelini Hesaplama
- Standart pil potansiyeli ($E^0_{pil}$), katot potansiyeli ile anot potansiyeli arasındaki farktır. İki farklı formül kullanabiliriz:
- Yöntem 1: $E^0_{pil} = E^0_{katot} - E^0_{anot}$ (Burada hem $E^0_{katot}$ hem de $E^0_{anot}$ indirgenme potansiyelleridir.)
- $E^0_{pil} = E^0_{Ag^+/Ag} - E^0_{Al^{3+}/Al}$
- $E^0_{pil} = (+0,80V) - (-1,66V)$
- $E^0_{pil} = 0,80V + 1,66V$
- $E^0_{pil} = 2,46V$
- Yöntem 2: $E^0_{pil} = E^0_{indirgenme (katot)} + E^0_{yükseltgenme (anot)}$ (Burada $E^0_{yükseltgenme (anot)}$ değeri, anot reaksiyonunun potansiyelidir.)
- $E^0_{pil} = (+0,80V) + (+1,66V)$
- $E^0_{pil} = 2,46V$
- Her iki yöntemle de aynı sonuca ulaştık: Pilin standart potansiyeli $2,46V$'tur.
Bu değer, pilin standart koşullarda (25°C, 1 atm basınç, 1 M derişim) üretebileceği maksimum voltajı gösterir. Pozitif bir $E^0_{pil}$ değeri, reaksiyonun kendiliğinden (spontan) gerçekleştiğini ve pilin çalışacağını gösterir.
Cevap C seçeneğidir.
