Elektrokimyasal piller test çöz AYT Test 1

Gümüş (Ag⁺/Ag) ve bakır (Cu²⁺/Cu) elektrotlardan oluşan bir pil çalışırken, gümüş elektrodun bulunduğu çözeltiye sodyum klorür (NaCl) eklendiğinde aşağıdakilerden hangisi gerçekleşir?

A) Pil gerilimi artar
B) Pil gerilimi azalır
C) Pil gerilimi değişmez
D) Pil çalışmaya devam edemez

Merhaba sevgili öğrenciler!

Bu soruyu çözmek için elektrokimyasal pillerin temel prensiplerini ve Nernst denklemini hatırlamamız gerekiyor. Adım adım ilerleyelim:

• 1. Pilin Çalışma Prensibini Anlayalım:

  Bir galvanik pilde (volta pili), kendiliğinden gerçekleşen redoks tepkimeleri sonucunda elektrik enerjisi üretilir. Bu pilde gümüş ($Ag⁺/Ag$) ve bakır ($Cu²⁺/Cu$) elektrotlar bulunmaktadır.

  • Gümüşün standart indirgenme potansiyeli ($E^\circ_{Ag⁺/Ag}$) yaklaşık $+0.80 \text{ V}$'tur.
  • Bakırın standart indirgenme potansiyeli ($E^\circ_{Cu²⁺/Cu}$) yaklaşık $+0.34 \text{ V}$'tur.

  Daha yüksek indirgenme potansiyeline sahip olan elektrot katot (indirgenme), daha düşük potansiyele sahip olan elektrot ise anot (yükseltgenme) olarak görev yapar.

  • Bu durumda, gümüş elektrot katot ($Ag⁺(aq) + e⁻ \to Ag(s)$) olacaktır.
  • Bakır elektrot anot ($Cu(s) \to Cu²⁺(aq) + 2e⁻$) olacaktır.
• 2. Gümüş Elektrot Çözeltisine NaCl Eklemenin Etkisi:

  Gümüş elektrotun bulunduğu çözelti, $Ag⁺$ iyonları içerir. Sodyum klorür ($NaCl$) eklendiğinde, $Na⁺$ ve $Cl⁻$ iyonlarına ayrışır. $Cl⁻$ iyonları, çözeltideki $Ag⁺$ iyonları ile tepkimeye girerek suda az çözünen gümüş klorür ($AgCl$) katısını oluşturur:

  $Ag⁺(aq) + Cl⁻(aq) \to AgCl(s)$

• 3. $Ag⁺$ İyon Derişimindeki Değişim:

  $AgCl$ çökelmesi sonucunda, çözeltideki $Ag⁺$ iyonlarının derişimi önemli ölçüde azalır. Çünkü $Ag⁺$ iyonları çözeltiden ayrılarak katı $AgCl$ formuna dönüşür.

• 4. Nernst Denklemi ve Pil Gerilimine Etkisi:

  Bir pilin gerilimi (potansiyeli), standart koşullar altında $E^\circ_{pil}$ olarak ifade edilir. Ancak iyon derişimleri standart koşullardan farklı olduğunda, pil gerilimi Nernst denklemi ile hesaplanır:

  $E_{pil} = E^\circ_{pil} - \frac{0.0592}{n} \log Q$

  Burada $Q$, tepkime bölümüdür. Katot yarı tepkimesi için ($Ag⁺(aq) + e⁻ \to Ag(s)$) Nernst denklemini düşünelim:

  $E_{Ag⁺/Ag} = E^\circ_{Ag⁺/Ag} - \frac{0.0592}{1} \log \frac{1}{[Ag⁺]}$

  Gördüğümüz gibi, $Ag⁺$ iyon derişimi ($[Ag⁺]$) azaldığında, $\frac{1}{[Ag⁺]}$ değeri artar. Bu da $\log \frac{1}{[Ag⁺]}$ teriminin artmasına neden olur. Sonuç olarak, $E^\circ_{Ag⁺/Ag}$ değerinden çıkarılan miktar artacağı için, gümüş elektrotun potansiyeli ($E_{Ag⁺/Ag}$) azalır.

• 5. Toplam Pil Gerilimine Etkisi:

  Pil gerilimi, katot ve anot potansiyellerinin farkıdır:

  $E_{pil} = E_{katot} - E_{anot}$

  Bizim durumumuzda, katot potansiyeli ($E_{Ag⁺/Ag}$) azaldığına göre ve anot potansiyeli ($E_{Cu²⁺/Cu}$) değişmediği (veya çok az değiştiği) varsayıldığında, pilin toplam gerilimi ($E_{pil}$) azalacaktır.

Bu nedenle, gümüş elektrodun bulunduğu çözeltiye sodyum klorür eklendiğinde pil gerilimi azalır.

Cevap B seçeneğidir.