Aşağıdaki redoks tepkimelerinden hangisi standart koşullarda kendiliğinden gerçekleşir? (E° değerleri: Fe2+/Fe = -0.44 V, Cu2+/Cu = +0.34 V, Zn2+/Zn = -0.76 V, Ag+/Ag = +0.80 V)
A) Fe2+ + Cu → Fe + Cu2+
B) Zn2+ + Cu → Zn + Cu2+
C) Ag+ + Cu → Ag + Cu2+
D) Fe + Zn2+ → Fe2+ + Zn
Merhaba sevgili öğrenciler! Bir redoks tepkimesinin standart koşullarda kendiliğinden gerçekleşip gerçekleşmediğini anlamak için, o tepkimenin standart hücre potansiyeli ($E^\circ_{cell}$) değerini hesaplamamız gerekir. Eğer $E^\circ_{cell}$ değeri pozitif ($E^\circ_{cell} > 0$) ise tepkime kendiliğinden gerçekleşir. Eğer negatif ($E^\circ_{cell} < 0$) ise kendiliğinden gerçekleşmez.
Standart hücre potansiyelini hesaplamak için genellikle iki yöntem kullanılır:
- $E^\circ_{cell} = E^\circ_{indirgenme} + E^\circ_{yükseltgenme}$
- $E^\circ_{cell} = E^\circ_{katot} - E^\circ_{anot}$ (Burada hem katot hem de anot için indirgenme potansiyelleri kullanılır.)
Biz ilk yöntemi kullanarak her bir seçenekteki tepkimenin $E^\circ_{cell}$ değerini hesaplayalım. Unutmayın, verilen $E^\circ$ değerleri indirgenme potansiyelleridir. Bir element yükseltgeniyorsa, onun yükseltgenme potansiyeli, indirgenme potansiyelinin ters işaretlisidir.
Verilen standart indirgenme potansiyelleri:
- $E^\circ_{Fe^{2+}/Fe} = -0.44 \text{ V}$
- $E^\circ_{Cu^{2+}/Cu} = +0.34 \text{ V}$
- $E^\circ_{Zn^{2+}/Zn} = -0.76 \text{ V}$
- $E^\circ_{Ag^{+}/Ag} = +0.80 \text{ V}$
Şimdi her bir seçeneği inceleyelim:
- A) $Fe^{2+} + Cu \rightarrow Fe + Cu^{2+}$
- Bu tepkimede $Fe^{2+}$ iyonu $Fe$ metaline indirgenirken, $Cu$ metali $Cu^{2+}$ iyonuna yükseltgenmektedir.
- İndirgenme yarı tepkimesi: $Fe^{2+} + 2e^- \rightarrow Fe$ ($E^\circ_{indirgenme} = -0.44 \text{ V}$)
- Yükseltgenme yarı tepkimesi: $Cu \rightarrow Cu^{2+} + 2e^-$ ($E^\circ_{yükseltgenme} = -E^\circ_{Cu^{2+}/Cu} = -0.34 \text{ V}$)
- $E^\circ_{cell} = E^\circ_{indirgenme} + E^\circ_{yükseltgenme} = (-0.44 \text{ V}) + (-0.34 \text{ V}) = -0.78 \text{ V}$
- $E^\circ_{cell}$ negatif olduğu için bu tepkime kendiliğinden gerçekleşmez.
- B) $Zn^{2+} + Cu \rightarrow Zn + Cu^{2+}$
- Bu tepkimede $Zn^{2+}$ iyonu $Zn$ metaline indirgenirken, $Cu$ metali $Cu^{2+}$ iyonuna yükseltgenmektedir.
- İndirgenme yarı tepkimesi: $Zn^{2+} + 2e^- \rightarrow Zn$ ($E^\circ_{indirgenme} = -0.76 \text{ V}$)
- Yükseltgenme yarı tepkimesi: $Cu \rightarrow Cu^{2+} + 2e^-$ ($E^\circ_{yükseltgenme} = -E^\circ_{Cu^{2+}/Cu} = -0.34 \text{ V}$)
- $E^\circ_{cell} = E^\circ_{indirgenme} + E^\circ_{yükseltgenme} = (-0.76 \text{ V}) + (-0.34 \text{ V}) = -1.10 \text{ V}$
- $E^\circ_{cell}$ negatif olduğu için bu tepkime kendiliğinden gerçekleşmez.
- C) $Ag^{+} + Cu \rightarrow Ag + Cu^{2+}$ (Tepkime denkleştirilmemiş olsa da, $E^\circ_{cell}$ hesaplaması için yarı tepkimeler yeterlidir.)
- Bu tepkimede $Ag^{+}$ iyonu $Ag$ metaline indirgenirken, $Cu$ metali $Cu^{2+}$ iyonuna yükseltgenmektedir.
- İndirgenme yarı tepkimesi: $Ag^{+} + e^- \rightarrow Ag$ ($E^\circ_{indirgenme} = +0.80 \text{ V}$)
- Yükseltgenme yarı tepkimesi: $Cu \rightarrow Cu^{2+} + 2e^-$ ($E^\circ_{yükseltgenme} = -E^\circ_{Cu^{2+}/Cu} = -0.34 \text{ V}$)
- $E^\circ_{cell} = E^\circ_{indirgenme} + E^\circ_{yükseltgenme} = (+0.80 \text{ V}) + (-0.34 \text{ V}) = +0.46 \text{ V}$
- $E^\circ_{cell}$ pozitif olduğu için bu tepkime kendiliğinden gerçekleşir.
- D) $Fe + Zn^{2+} \rightarrow Fe^{2+} + Zn$
- Bu tepkimede $Zn^{2+}$ iyonu $Zn$ metaline indirgenirken, $Fe$ metali $Fe^{2+}$ iyonuna yükseltgenmektedir.
- İndirgenme yarı tepkimesi: $Zn^{2+} + 2e^- \rightarrow Zn$ ($E^\circ_{indirgenme} = -0.76 \text{ V}$)
- Yükseltgenme yarı tepkimesi: $Fe \rightarrow Fe^{2+} + 2e^-$ ($E^\circ_{yükseltgenme} = -E^\circ_{Fe^{2+}/Fe} = -(-0.44 \text{ V}) = +0.44 \text{ V}$)
- $E^\circ_{cell} = E^\circ_{indirgenme} + E^\circ_{yükseltgenme} = (-0.76 \text{ V}) + (+0.44 \text{ V}) = -0.32 \text{ V}$
- $E^\circ_{cell}$ negatif olduğu için bu tepkime kendiliğinden gerçekleşmez.
Yaptığımız hesaplamalar sonucunda, sadece C seçeneğindeki tepkimenin standart hücre potansiyeli ($E^\circ_{cell}$) pozitif çıkmıştır. Bu da o tepkimenin standart koşullarda kendiliğinden gerçekleşeceğini gösterir.
Cevap C seçeneğidir.
