Fe³⁺ + e⁻ → Fe²⁺ (E° = +0,77 V)
Cr³⁺ + 3e⁻ → Cr (E° = -0,74 V)
Yukarıdaki yarı reaksiyonlara göre, standart koşullarda kendiliğinden gerçekleşen reaksiyon için aşağıdakilerden hangisi yanlıştır?
A) Hücre potansiyeli 1,51 V'dur
B) Fe³⁺ indirgenir
C) Cr yükseltgenir
D) Elektronlar kromdan demire doğru akar
Merhaba sevgili öğrenciler!
Bu soruda, verilen iki yarı reaksiyonun standart potansiyellerini kullanarak kendiliğinden gerçekleşen bir elektrokimyasal reaksiyonun özelliklerini inceleyeceğiz ve yanlış olan ifadeyi bulacağız. Adım adım ilerleyelim:
-
1. Yarı Reaksiyonları ve Standart İndirgenme Potansiyellerini Anlama:
Bize iki adet indirgenme yarı reaksiyonu ve bunların standart indirgenme potansiyelleri ($E^\circ$) verilmiş:
- $Fe^{3+} + e^- \rightarrow Fe^{2+}$ ($E^\circ = +0,77 V$)
- $Cr^{3+} + 3e^- \rightarrow Cr$ ($E^\circ = -0,74 V$)
Elektrokimyasal bir hücrede kendiliğinden gerçekleşen bir reaksiyon için, indirgenme potansiyeli daha büyük olan tür indirgenir (katot), indirgenme potansiyeli daha küçük (yani daha negatif) olan tür ise yükseltgenir (anot).
-
2. Katot ve Anotu Belirleme:
Verilen potansiyelleri karşılaştıralım:
- $+0,77 V$ (Demir için) değeri, $-0,74 V$ (Krom için) değerinden daha büyüktür.
- Bu durumda, $Fe^{3+}$ iyonları indirgenecek (katot reaksiyonu) ve $Cr$ metali yükseltgenecektir (anot reaksiyonu).
-
3. Yarı Reaksiyonları Yazma ve Hücre Potansiyelini Hesaplama:
- Katot (İndirgenme): $Fe^{3+} + e^- \rightarrow Fe^{2+}$ ($E^\circ_{indirgenme} = +0,77 V$)
- Anot (Yükseltgenme): $Cr$ metalinin yükseltgenmesi için verilen $Cr^{3+}$ indirgenme reaksiyonunu ters çevirmeliyiz. Bu durumda potansiyelin işareti de değişir: $Cr \rightarrow Cr^{3+} + 3e^-$ ($E^\circ_{yükseltgenme} = -(-0,74 V) = +0,74 V$)
- Standart hücre potansiyeli ($E^\circ_{hücre}$) şu formülle hesaplanır: $E^\circ_{hücre} = E^\circ_{katot} - E^\circ_{anot}$ (indirgenme potansiyelleri kullanılarak) veya $E^\circ_{hücre} = E^\circ_{indirgenme} + E^\circ_{yükseltgenme}$.
- $E^\circ_{hücre} = (+0,77 V) - (-0,74 V) = +0,77 V + 0,74 V = +1,51 V$.
- Pozitif bir $E^\circ_{hücre}$ değeri, reaksiyonun standart koşullarda kendiliğinden gerçekleştiğini gösterir.
-
4. Seçenekleri Değerlendirme:
- A) Hücre potansiyeli 1,51 V'dur: Hesapladığımız $E^\circ_{hücre}$ değeri $+1,51 V$'tur. Bu ifade doğrudur.
- B) $Fe^{3+}$ indirgenir: $Fe^{3+}$ iyonları daha yüksek indirgenme potansiyeline sahip olduğu için indirgenir. Bu ifade doğrudur.
- C) Cr yükseltgenir: $Cr$ metali daha düşük (daha negatif) indirgenme potansiyeline sahip olduğu için yükseltgenir. Bu ifade doğrudur.
- D) Elektronlar kromdan demire doğru akar: Elektronlar her zaman anottan (yükseltgenmenin olduğu yer) katota (indirgenmenin olduğu yer) doğru akar. Bu durumda elektronlar $Cr$ anotundan ayrılır ve katot elektroda doğru hareket eder. Katot elektrotta $Fe^{3+}$ iyonları bu elektronları alarak $Fe^{2+}$ iyonlarına indirgenir. Ancak, bu reaksiyonda katı demir ($Fe$) metali oluşmaz, $Fe^{3+}$ iyonları $Fe^{2+}$ iyonlarına dönüşür. "Demire doğru akar" ifadesi, elektronların katı demir metaline doğru aktığı izlenimini verebilir ki bu doğru değildir. Elektronlar katot elektroda (genellikle inert bir elektrot, örneğin Pt) akar ve orada çözeltideki $Fe^{3+}$ iyonları ile reaksiyona girer. Bu nedenle, bu ifade yanlıştır.
Cevap D seçeneğidir.
