Bir öğrenci aşağıdaki deney düzeneğini kuruyor:
- Çinko elektrot ZnSO₄ çözeltisine
- Bakır elektrot CuSO₄ çözeltisine
- Tuz köprüsü olarak KCl içeren agar jel
Düzenek çalışırken öğrenci hangi gözlemi yapamaz?
A) Çinko elektrotun zamanla erimesi
B) Bakır elektrot üzerinde metal birikmesi
C) Çinko çözeltisinde mavi renk oluşması
D) Voltmetrede pozitif değer okunması
Merhaba sevgili öğrenciler!
Bu soruda, bir elektrokimyasal hücre olan galvanik (voltaik) bir pilin çalışma prensiplerini ve bu çalışma sırasında gözlemlenebilecek olayları anlamamız isteniyor. Öğrencinin kurduğu düzenek bir Daniell hücresidir ve çinko ile bakır arasındaki redoks tepkimesine dayanır.
-
Deney Düzeneğinin Analizi:
- Çinko elektrot ($Zn$) ve $ZnSO_4$ çözeltisi: Çinko, bakırdan daha aktif bir metaldir. Bu nedenle çinko elektrot anot görevi görecek ve yükseltgenme (oksidasyon) tepkimesi gerçekleşecektir.
- Bakır elektrot ($Cu$) ve $CuSO_4$ çözeltisi: Bakır elektrot katot görevi görecek ve indirgenme (redüksiyon) tepkimesi gerçekleşecektir. $CuSO_4$ çözeltisi, içerdiği $Cu^{2+}$ iyonları nedeniyle mavi renklidir.
- Tuz köprüsü ($KCl$ içeren agar jel): Devreyi tamamlar ve yük denkliğini sağlar. Anot bölmesine anyonlar ($Cl^-$), katot bölmesine katyonlar ($K^+$) göç eder.
-
Hücre Tepkimeleri ve Gözlemler:
- Anot (Yükseltgenme): Çinko elektrot üzerinde yükseltgenme gerçekleşir.
$Zn(s) \rightarrow Zn^{2+}(aq) + 2e^-$
Bu tepkime sonucunda katı çinko, $Zn^{2+}$ iyonları olarak çözeltiye geçer. Bu da çinko elektrotun kütlesinin azalmasına, yani erimesine neden olur. Oluşan $Zn^{2+}$ iyonları renksizdir.
- Katot (İndirgenme): Bakır elektrot üzerinde indirgenme gerçekleşir.
$Cu^{2+}(aq) + 2e^- \rightarrow Cu(s)$
Bu tepkime sonucunda çözeltideki $Cu^{2+}$ iyonları, elektron alarak katı bakır metaline dönüşür ve bakır elektrotun üzerinde birikir. Bu da bakır elektrotun kütlesinin artmasına neden olur. Çözeltideki $Cu^{2+}$ iyonları azaldıkça, $CuSO_4$ çözeltisinin mavi rengi zamanla açılır.
- Elektron Akışı: Elektronlar dış devrede anottan (çinko) katota (bakır) doğru akar.
- Voltmetre: Bir galvanik hücre elektrik enerjisi ürettiği için, voltmetreye bağlandığında pozitif bir değer okunur.
-
Seçeneklerin Değerlendirilmesi:
- A) Çinko elektrotun zamanla erimesi: Yukarıda açıklandığı gibi, çinko yükseltgenerek çözeltiye geçtiği için bu gözlem yapılır.
- B) Bakır elektrot üzerinde metal birikmesi: Bakır iyonları indirgenerek elektrot üzerine çöktüğü için bu gözlem yapılır.
- C) Çinko çözeltisinde mavi renk oluşması: Çinko çözeltisi ($ZnSO_4$) başlangıçta renksizdir ve oluşan $Zn^{2+}$ iyonları da renksizdir. Mavi renk, $Cu^{2+}$ iyonlarına özgüdür ve bu iyonlar bakır çözeltisinde bulunur. Çinko çözeltisinde mavi renk oluşması beklenmez. Bu gözlem yapılamaz.
- D) Voltmetrede pozitif değer okunması: Galvanik hücreler elektrik ürettiği için bu gözlem yapılır.
Bu durumda, öğrencinin yapamayacağı gözlem çinko çözeltisinde mavi renk oluşmasıdır.
Cevap C seçeneğidir.
