Bir galvanik hücrede aşağıdaki metal çiftlerinden hangisi kullanıldığında en yüksek potansiyel farkı elde edilir? (İndirgenme potansiyelleri: Ag⁺/Ag: +0.80 V, Cu²⁺/Cu: +0.34 V, Zn²⁺/Zn: -0.76 V, Mg²⁺/Mg: -2.37 V)
A) Mg - Zn
B) Zn - Cu
C) Cu - Ag
D) Mg - Ag
Bir galvanik hücrede en yüksek potansiyel farkını (hücre potansiyelini, $E_{hücre}$) elde etmek için, indirgenme potansiyelleri arasındaki farkın en büyük olduğu metal çiftini seçmemiz gerekir.
- Galvanik Hücre ve Potansiyel Farkı: Galvanik hücreler, kendiliğinden gerçekleşen redoks tepkimeleri aracılığıyla kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren sistemlerdir. Bu dönüşüm sırasında oluşan elektrik potansiyeline hücre potansiyeli ($E_{hücre}$) denir.
- Hücre Potansiyeli Hesaplama Formülü: Bir galvanik hücrenin potansiyel farkı, katotta gerçekleşen indirgenme potansiyeli ile anotta gerçekleşen indirgenme potansiyeli arasındaki fark alınarak hesaplanır. Formülü şöyledir: $E_{hücre} = E_{indirgenme, katot} - E_{indirgenme, anot}$
- Anot Tanımı: Anot, yükseltgenmenin gerçekleştiği elektrottur. İndirgenme potansiyeli daha düşük (daha negatif) olan metal anotu oluşturur.
- Katot Tanımı: Katot, indirgenmenin gerçekleştiği elektrottur. İndirgenme potansiyeli daha yüksek (daha pozitif) olan metal katotu oluşturur.
- En Yüksek Potansiyel Farkı İçin Kural: En yüksek $E_{hücre}$ değerini elde etmek için, indirgenme potansiyeli en yüksek olan metali katot olarak, indirgenme potansiyeli en düşük (en negatif) olan metali ise anot olarak seçmeliyiz. Bu, $E_{indirgenme, katot}$ değerinin mümkün olduğunca büyük, $E_{indirgenme, anot}$ değerinin ise mümkün olduğunca küçük (negatif) olmasını sağlar, böylece aralarındaki fark maksimum olur.
- Verilen İndirgenme Potansiyelleri:
Ag⁺/Ag: $+0.80$ V
Cu²⁺/Cu: $+0.34$ V
Zn²⁺/Zn: $-0.76$ V
Mg²⁺/Mg: $-2.37$ V
- Seçeneklerin İncelenmesi ve Hesaplamalar:
- A) Mg - Zn:
Mg ($E^\circ = -2.37$ V) anot olur (daha düşük indirgenme potansiyeli).
Zn ($E^\circ = -0.76$ V) katot olur (daha yüksek indirgenme potansiyeli).
$E_{hücre} = E_{Zn} - E_{Mg} = (-0.76 \text{ V}) - (-2.37 \text{ V}) = -0.76 + 2.37 = +1.61 \text{ V}$
- B) Zn - Cu:
Zn ($E^\circ = -0.76$ V) anot olur.
Cu ($E^\circ = +0.34$ V) katot olur.
$E_{hücre} = E_{Cu} - E_{Zn} = (+0.34 \text{ V}) - (-0.76 \text{ V}) = 0.34 + 0.76 = +1.10 \text{ V}$
- C) Cu - Ag:
Cu ($E^\circ = +0.34$ V) anot olur.
Ag ($E^\circ = +0.80$ V) katot olur.
$E_{hücre} = E_{Ag} - E_{Cu} = (+0.80 \text{ V}) - (+0.34 \text{ V}) = 0.80 - 0.34 = +0.46 \text{ V}$
- D) Mg - Ag:
Mg ($E^\circ = -2.37$ V) anot olur (en düşük indirgenme potansiyeli).
Ag ($E^\circ = +0.80$ V) katot olur (en yüksek indirgenme potansiyeli).
$E_{hücre} = E_{Ag} - E_{Mg} = (+0.80 \text{ V}) - (-2.37 \text{ V}) = 0.80 + 2.37 = +3.17 \text{ V}$
- Sonuç: Hesaplamalarımıza göre, en yüksek potansiyel farkı $3.17$ V ile Mg - Ag çiftinde elde edilmiştir. Bu, beklediğimiz gibi, en düşük indirgenme potansiyeline sahip metal (Mg) ile en yüksek indirgenme potansiyeline sahip metalin (Ag) birleşimidir.
Cevap D seçeneğidir.
