12evrensel-3-bolum-ne-neyi-yuk-ind

3
3.
1. ÜNİTE
Ne Neyi Yükseltger/İndirger?
BÖLÜM
BÖLÜM
İÇERİK
1.3.1 Standart Elektrot Potansiyeli
1.3.2 Redoks Reaksiyonlarının İstemliliği ve Elektrot Potansiyelleri
1.3.3 Elektrot Potansiyelini Etkileyen Faktörler
Ne Neyi Yükseltger/İndirger?
Vücutta bulunan uzun kemiklerin kırılması
durumunda, platin takılması yöntemi tedavi amacı ile uygulanabilmektedir. Bu yöntemde platinden yapılmış ve özel olarak tasarlanmış metaller
kullanılır. Platin metali vücut içerisinde çok uzun
süre kalabilmektedir. Bu yüzden kesinlikle yükseltgenmemeli ve vücuttaki herhangi bir madde
ile tepkimeye girmemelidir.
Bu bölümde standart elektrot potansiyeli, metallerde aktiflik sırasının önemi, anot ve katot kavramları ve standart olmayan koşullarda elektrot
potansiyellerinin hesaplanmasını öğreneceğiz.
12. SINIF • KİMYA
33
1.
ÜNİTE
KİMYA VE ELEKTRİK
1.3.1 Standart Elektrot Potansiyeli
Yarı hücrelerde kullandığımız elektrotlar arasındaki potansiyel
farkı (hücre gerilimi) büyük duyarlılıkla ölçülebilen bilimsel veriler
arasındadır. Bununla birlikte tek bir elektrodun potansiyeli belirlenemez. Ancak elektrotlar arasındaki potansiyel farkı ölçülebilir.
Elektrot potansiyellerini belirleyebilmek amacı ile referans bir
elektrot kabul edilmiştir. Seçilen bir yarı hücrenin elektrot potansiyelini keyfî olarak sıfır kabul edip diğer yarı hücrelerin elektrot potansiyellerine bu referans ile ulaşabiliriz. Bu yöntem standart oluşum
entalpillerinin veya Gibbs oluşum enerjilerinin keyfî olarak sıfır kabul
edilmesi ile benzerlik gösterir. Dünya üzerindeki yüksekliğimizin
belirlenebilmesi için deniz seviyesinin sıfır metre kabul edilmesi de
buna benzer bir örnektir. Çok yaygın olarak kabul edilen referans
elektrot ise standart hidrojen elektrottur (SHE).
Şekil 1.6’da görüldüğü gibi standart hidrojen elektrot 25 °C’ta
+
1M H iyonu içeren çözeltiye batırılmış platin elektrot üzerine 1 atm
basınçta H2 gazı gönderilerek hazırlanmıştır.
platin tel
gaz musluğu
H2 gazı içeren
cam tüp
PH = 1 atm
2
Pt(k) elektrot
1M H
+
Şekil 1.6  Standart hidrojen elektrot
Hidrojen oda sıcaklığında gaz hâlinde bulunduğundan hidrojen-
den elektrot oluşturulamaz. Cam tüpte bulunan Pt metali tepkimeye
+
girmeyip H iyonunun indirgenmesi veya H2 gazının yükseltgenmesi
için bir yüzey oluşturur.
34
12. SINIF • KİMYA
3.
Ne Neyi Yükseltger/İndirger?
BÖLÜM
Bir elektrotta oluşan indirgenme eğiliminin ölçüsü olan sayısal
0
değer standart elektrot potansiyelidir ve E ile gösterilir. Standart
elektrot potansiyellerine bu nedenle standart indirgenme potansi-
yeli tanımlaması da yapılır. Standart elektrot potansiyeli, elektrottan
belirli şartlarda elektonları çekme gücünün bir ölçüsüdür. Standart
şartlar olarak 1 atm basınç, 25 °C sıcaklık ve çözelti derişimleri 1 M
kabul edilir.
Standart hidrojen elektrot kullanılarak diğer tüm elektrotların
standart elektrot potansiyelleri bulunabilir. Bir metalin standart elekt-
rot potansiyelini bulmak için standart şartlarda hazırlanan yarı hücre,
standart hidrojen yarı hücresine bağlanır. Bakırın standart elektrot
potansiyelini bulmak için Şekil 1.7’deki gibi bir galvanik hücre kullanılmıştır.
V
Pt tel
Cu(k)
elektrot
Tuz köprüsü
H2(g) girişi
cam tüp
pamuk
Pt(k) elektrot
1M HCI(suda)
1M CuSO4(suda)
Şekil 1.7  Hidrojen ve bakır elektrotlardan oluşan galvanik hücre
Şekil 1.7’deki galvanik hücrede Cu elektrotun kütlesinde artış
olduğu gözlemlenir. Bu kütle artışı CuSO4 çözeltisindeki Cu
2+
iyon-
larının Cu atomlarına indirgenerek elektrot üzerinde toplanması ile
2+
oluşur. Cu
+
iyonları H iyonlarına göre daha çok indirgenmek is-
tediğinden bu indirgenme kendiliğinden gerçekleşir. Standart hidro-
jen yarı hücresinde de yükseltgenme gerçekleşecektir. Cam tüpte
+
bulunan H2 gazı elektron kaybederek H iyonuna yükseltgenir. Bu
olayların yarı tepkimeleri şu şekildedir:
12. SINIF • KİMYA
35
1.
ÜNİTE
KİMYA VE ELEKTRİK
2+
Cu (suda) + 2e
H2(g)
–
0
Cu(k)
+
2H (suda) + 2e
2+
–
E
0
2+
Cu /Cu°
=?
E H o /H + = 0, 000 V
2
+
Cu (suda) + H2(g)
0
Cu(k) + 2H (suda) E hücre = 0, 337 V
Standart hidrojen elektrodun potansiyeli aE H o /H +k , sıfır kabul
0
2
edildiğinden ve yarı hücrelerin E 0 değerlerinin toplamı, E hücre aE pilk
0
0
değerini vereceğinden dolayı voltmetrede ölçülen 0,337 V değeri,
Cu metalinin standart indirgenme potansiyelidir.
Bu şekilde standart hidrojen elektrot kullanılarak ve standart
0
hidrojen elektrodun E değeri sıfır kabul edilerek diğer elementlerin
0
standart elektrot potansiyelleri bulunabilir. E olarak verilen değerler indirgenme potansiyelleridir. Ancak bir elementin standart yükseltgenme potansiyelinden de bahsedilebilir. Bunun için indirgenme
0
tepkimesi ters çevrilir. E değerinin de işareti değiştirilir.
2+
0
Cu (suda) + 2e $ Cu (k)
E Cu 2+ /Cu 0 = 0, 337 V
-
2+
Cu (k) $ Cu (suda) + 2e
0
E Cu 0 /Cu 2+ =- 0, 337 V
-
Bir galvanik hücrenin hücre potansiyeli, pili oluşturan iki elektrodun indirgenme potansiyelleri arasındaki farktır.
0
0
0
E hücre = E katot - E anot
Yükseltgenmenin olduğu elektrot anot elektrot, indirgenmenin
olduğu elektrot da katot elektrottur.
Standart indirgenme potansiyelinin büyüklüğü o elementin indirgenme eğiliminin bir ölçüsüdür. Standart indirgenme potansiyeli
büyük olan elementin indirgenme eğilimi büyük, yükseltgenme eği+
limi ise o kadar küçüktür. H iyonlarının standart indirgenme potansiyelinin sıfır kabul edildiğini ve diğer elementlerin standart indirgenme potansiyelinin buna göre hesaplandığını biliyoruz.
Standart indirgenme potansiyeli büyük olan bir türle, standart
indirgenme potansiyeli küçük olan tür tepkimeye girdiğinde; indirgenme potansiyeli büyük olan tür indirgenir, diğer tür ise yükselt-
+
genir. F2 elementinin standart indirgenme potansiyeli en büyük, Li
iyonununki ise en küçüktür. İndirgenme eğilimi en fazla olan tür F2,
+
molekülü, yükseltgenme eğilimi en fazla olan tür ise Li iyonudur.
36
12. SINIF • KİMYA
3.
Ne Neyi Yükseltger/İndirger?
BÖLÜM
0
Standart indirgenme, yükseltgenme veya standart E hücre he-
saplamalarında aşağıdaki genel ilkeler geçerlidir:
▶
Yarı hücre tepkimeleri tersinirdir. Bir elektrot anot ya da katot
olabilir. Standart hidrojen elektroda kalaydan (Sn) yapılan yarı
hücre bağlanırsa hidrojen elektrot “katot”, bakırdan (Cu) yapılan
yarı hücre bağlanırsa hidrojen elektrot “anot” olur.
▶
İndirgenme elektrot gerilimi büyük olan bir tür indirgenerek, in-
dirgenme elektrot gerilimi küçük olan bir tür ise yükseltgenerek
birbiri ile istemli bir şekilde tepkimeye girer.
2+
Sn (suda) + Cr(k)
3+
dir, kendiliğinden gerçekleşir.
3+
Ni(k) + Al (suda)
Sn(k) + Cr (suda) tepkimesi istemli2+
Ni (suda) + Al(k) tepkimesi istemsiz-
dir, kendiliğinden gerçekleşmez.
▶
Bir yarı hücredeki tepkimenin katsayılarının değiştirilmesi E
0
değerini değiştirmez. Elektrotların kütlesi, temas yüzeyi ve çö0
zelti hacmi E değerini etkilemez.
3+
–
Fe (suda) + 3e
2Fe (suda) + 6e
▶
Bir yarı hücre tepkimesi ters çevrildiğinde E değerinin sadece
3+
Fe(k)
0
–
2Fe(k)
E = –0,040 V
0
E = –0,040 V
0
işareti değişir.
2+
Mg (suda) + 2e
Mg(k)
–
2+
Mg(k) –
Mg (suda) + 2e 0
E = –2,372 V
0
E = +2,372 V
12. SINIF • KİMYA
37
1.
ÜNİTE
KİMYA VE ELEKTRİK
Standart hidrojen elektrottan yararlanılarak bulunan bazı ele-
mentlerin standart indirgenme potansiyelleri Tablo 1.2’de verilmiştir.
Tablo 1.2  Standart indirgenme potansiyelleri
0
Yarı Reaksiyon
–
–
F2 + 2e
Au
3+
İndirgenme Potansiyeli (E , V)
2F
–
+ 3e
–
CI2 + 2e
Au(k)
+1,498
–
+1,359
2CI
+
–
O2 + 4H + 4e
–
Br2 + 2e
Hg
2+
–
+
–
Ag + e
Cu + e
Ag(k)
+0,799
Cu(k)
+0,521
+0,337
–
H2(g)
0,000
3+
+ 3e
2+
Ni + 2e
2+
3+
Cr
–0,126
Sn(k)
–0,136
–
Ni(k)
+ 2e
–
+e
+ 2e
–
+ 3e
Fe(k)
–0,440
Zn(k)
–0,763
–
Al(k)
–1,662
Mg(k)
–2,372
+ 3e
–
–
Na + e
Ca
–0,408
–0,744
Mg + 2e
2+
–0,403
Cr(k)
2+
+
2+
–0,250
–
+ 2e
Zn
Cd(k)
Cr
–
2+
3+
Pb(k)
–
–
2+
3+
–0,040
+ 2e
2+
Cd
Fe(k)
–
+ 2e
Sn
Al
+0,850
Cu(k)
+ 2e
2+
Cr
+1,065
–
Pb
Fe
Hg(s)
+1,229
+
2H + 2e
Fe
2H2O
–
Cu
2+
–
2Br
–
+ 2e
+
+2,870
Na(k)
–
+ 2e
Ca(k)
–2,714
–2,866
+
–
K(k)
–2,931
+
–
Li(k)
–3,040
K +e
Li + e
Metallerde Aktiflik
Metaller bütün bileşiklerinde elektron vererek iyonik bileşik
oluştururlar. Bir metalin aktifliği elektron verme yatkınlığının ölçüsüdür. Tablo 1.2’deki elementlerin standart indirgenme potansiyellerine göre standart indirgenme elekrot gerilimi en küçük olan element,
indirgenme eğilimi en küçük, yükseltgenme eğilimi veya aktifliği en
büyük elementtir. Sonuç olarak standart indirgenme potansiyeli küçüldükçe metalin aktifliği artar. Na ve Mg metallerinin aktifliklerini
standart indirgenme potansiyellerine göre karşılaştırırsak standart
+
indirgenme potansiyeli daha küçük olan Na iyonu, daha büyük olan
2+
Mg iyonudur. Na metali Mg metalinden daha aktiftir.
38
12. SINIF • KİMYA
3.
Ne Neyi Yükseltger/İndirger?
BÖLÜM
Örnek
Aşağıda verilen metalleri Tablo 1.2’den yararlanarak aktifliklerinin büyüklüğüne göre sıralayınız.
Ni, Al, Ca, Pb, Ag, Cu
Çözüm
Tablo 1.2’de indirgenme elektrot gerilimi en küçük olan metal katyonuna baktığımızda aktifliği en
büyük metali buluruz. Buna göre metalleri aktifliklerine göre büyükten küçüğe doğru aşağıdaki gibi
sıralayabiliriz:
Ca > Al > Ni > Pb > Cu > Ag
Öğrendiklerimizi Uygulayalım
Tablo 1.2’yi kullanarak aşağıda verilen metal çiftlerini aktifliklerine göre sıralayınız.
a) Zn – K
b) Cu – Pb
c) Cr – Cd
ç) Hg – Mg
1.3.2 Redoks Reaksiyonlarının
İstemliliği ve Elektrot Potansiyelleri
Standart indirgenme potansiyellerinden,
0
0
E hücre = E katot - E anot bağıntısına göre hesaplanan standart hücre
potansiyeli, standart şartlarda reaksiyona giren maddelerin ürünleri oluşturma eğiliminin bir ölçüsüdür. Galvanik hücrede elektrotlar
arasındaki potansiyel farkı ne kadar büyük ise redoks tepkimesi o
kadar istemlidir.
İstemli bir redoks reaksiyonunun standart hücre potansiyeli her
zaman pozitif değerdedir. Kendiliğinden oluşan, kimyasal enerjiyi
elektrik enerjisine çeviren ve pil olarak kullanılan bir galvanik hücrenin standart hücre potansiyeli hiçbir zaman negatif olamaz. İstemsiz
bir redoks reaksiyonunun standart hücre potansiyeli negatif işaret0
lidir (E < 0).
0
Örneğin,
2+
Ni (suda) + Cr(k)
3+
Ni(k) + Cr (suda) denkleştirilmemiş redoks tepkimesinin istemli olarak gerçekleşip gerçekleşmeyeceğini
türlerin standart indirgenme potansiyellerine bakarak belirleyelim.
2+
–
Ni (suda) + 2e
3+
–
Cr (suda) + 3e
Ni(k)
Cr(k)
0
E = – 0,250 V
0
E = – 0,744 V
2+
Standart indirgenme potansiyeli büyük olan Ni iyonunun indir3+
genmesi, Cr atomununda Cr iyonuna yükseltgenmesi gerekir. Bu
sebeple verilen tepkime istemlidir ve kendiliğinden gerçekleşir.
İstemli bu tepkime için anot ve katotta gerçekleşen yükseltgenme ve indirgenme tepkimelerini yazalım.
Anot :
Katot:
Cr(k)
2+
3+
Cr (suda) + 3e
Ni (suda) + 2e
–
–
Ni(k)
12. SINIF • KİMYA
39
1.
ÜNİTE
KİMYA VE ELEKTRİK
Alınan ve verilen elektron sayılarını eşitleyip indirgenme ve yüksetgenme yarı tepkimelerini toplayarak pil tepkimesini yazalım ve
0
E hücre (hücre gerilimi) değerini hesaplayalım:
3+
2/ Cr(k)
Cr (suda) + 3e
2+
3/ Ni (suda) + 2e
–
Ni(k)
2+
2 Cr(k) + 3Ni (suda)
0
0
–
3+
2Cr (suda) + 3Ni(k)
0
E hücre = E katot - E anot
E hücre =- 0, 250 - _- 0, 744i
0
0
E hücre =+ 0, 494 V
0
E hücre (hücre potansiyeli) pozitif olduğu için tepkime istemli olarak gerçekleşir.
Örnek
Tablo 1.2’den yararlanarak aşağıda verilen redoks tepkimelerinin istemli olup olmadığını belirtiniz.
3+
3+
I. Fe (suda) + Cr(k)
Fe(k) + Cr (suda)
II. Cd (suda) + Zn(k)
Cd(k) + Zn (suda)
2+
2+
Çözüm
Tablo 1.2’ye göre tepkimelerdeki türlerin standart indirgenme potansiyellerini yazalım.
3+
–
3+
–
I. Fe (suda) + 3e
Cr (suda) + 3e
2+
–
2+
–
II. Cd (suda) + 2e
Zn (suda) + 2e
0
Fe(k) E = – 0,040 V
Cr(k)
E = – 0,744 V
Cd(k)
E = – 0,403 V
Zn(k)
E = – 0,763 V
0
0
0
Redoks tepkimelerinin hücre gerilimini bulalım.
0
0
0
I. E hücre = E katot - E anot
0
E hücre =- 0, 040 - (- 0, 744)
0
E hücre =+ 0, 704 V
0
0
0
II. E hücre = E katot - E anot
0
E hücre =- 0, 403 - (- 0, 763)
0
E hücre =+ 0, 360 V
0
E hücre değeri pozitif olduğu için iki tepkime de istemlidir.
40
12. SINIF • KİMYA
3.
Ne Neyi Yükseltger/İndirger?
BÖLÜM
Öğrendiklerimizi Uygulayalım
1) Aşağıda verilen redoks tepkimelerinin istemli olup olmadığını Tablo 1.2’yi kullanarak belirleyiniz.
2+
a) Pb (suda) + H2(g)
b) Sn(k) + Cu (suda)
c) Fe (suda) + Zn(k)
+
Pb(k) + 2H (suda)
2+
2+
Sn (suda) + Cu(k)
2+
2+
Fe(k) + Zn (suda)
2) Aşağıda verilen denkleşmemiş redoks tepkimelerinden hangisinin daha istemli olduğunu Tablo 1.2’yi
kullanarak belirleyiniz.
+
Cu (suda) + Ni(k)
Cr(k) + Hg (suda)
2+
o
2+
Cu (k) +Ni (suda)
3+
Cr (suda) + Hg(k)
3) Aşağıda verilen yarı reaksiyonlar ve standart indirgenme potansiyellerine göre bir galvanik hücre
oluşturunuz. Katot ve anot reaksiyonlarını yazarak hücre gerilimini bulunuz.
2+
–
Sn(k)
E = – 0,136 V
–
Ni(k)
E = – 0,250 V
Sn (suda) + 2e
Ni
2+
(suda) + 2e
0
0
Pil hücrelerinden galvanik hücre, elektroliz hücrelerinden elektrolitik hücre olarak bahsederiz. Bütün bu elektrokimyasal hücrelerde kullandığımız elektrotlar çoğunlukla bir sulu çözeltiye batırılmış
metal parçalarıdır. Bu elektrotlar üzerinde indirgenme veya yükseltgenme gerçekleşebileceği gibi sadece elektronların iletilmesi için de
kullanılabilir.
Elektrolitik ve galvanik hücrelerin her ikisinde de indirgenmenin
olduğu elektrot katot, yükseltgenmenin olduğu elektrot anottur. Bir
redoks tepkimesi kendiliğinden oluşuyorsa galvanik hücredir, anotta
yükseltgenme, katotta indirgenme oluşmuştur. Bir redoks tepkimesi
istemsiz ve elektrik enerjisi verilerek gerçekleştiriliyorsa aynı şekilde
anotta yükseltgenme, katotta indirgenme oluşur.
Ancak elektrotları negatif veya pozitif olarak sınıflandırırsak negatif uç galvanik hücrede anot, elektrolitik hücrede ise katottur. Pozitif uç galvanik hücrede katot, elektrolitik hücrede ise anottur.
İster galvanik hücre ister elektrolitik hücre olsun elektronların
akış yönü anottan katota doğrudur.
Öğrendiğimiz bilgiler ışığında bir galvanik hücre olan Daniell
pilinin çalışma sistemini ayrıntıları ile görüp hücre gerilimini hesaplayalım:
12. SINIF • KİMYA
41
1.
ÜNİTE
KİMYA VE ELEKTRİK
V
e–
e–
Zn
elektrot
(anot)
Cu
elektrot
(katot)
Tuz köprüsü
CI–
K+
KCI(suda)
pamuk
e–
e–
Cu(k)
Zn(k) SO2–
(suda)
4
SO (suda)
2–
4
Cu2+
Zn2+(suda)
1M ZnSO4(suda)
1M CuSO4(suda)
25 °C
25 °C
Şekil 1.8  Galvanik hücre örneği olan Daniell pili
Standart koşullarda (25 °C, 1 atm) 1M ZnSO4 ve 1M CuSO4 sulu
çözeltilerine Zn ve Cu elektrotları batırılır. Çözeltiler bir U borusuna
doldurulan KCI sulu çözeltisi ile birbirine bağlanır. U borusundaki pamuklar iyon geçişine izin verip çözeltinin akmasını engellemektedir.
Anot kabında Zn elektrot üzerindeki Zn atomları iki elektronu
elektrot üzerinde bırakarak çözeltiye geçer. Çözeltideki Zn
2+
–
iyonu
derişimi artar. Gerilim farkından dolayı bu 2e dış devrede anottan
katota doğru akar. Katot kabındaki Cu
2+
iyonları katot elektroda
doğru yönelip Zn atomlarının verdiği iki elektronu alarak indirgenir
ve katot üzerinde açığa çıkar. Zn elektrodun kütlesinde azalma, Cu
elektrodun kütlesinde artma olur. Dış devrede voltmetre üzerinde
elektrotlar arasındaki potansiyel farkından dolayı sapma gözlenir.
2+
Anot kabında Zn derişiminin artmasından dolayı (+) yük, katot
kabında Cu
2+
derişiminin azalmasından dolayı (–) yük artışı olur. Bu
iki çözelti, elektronların akışını hemen durdurabilecek bu yük oluşumunu önlemek için tuz köprüsü ile bağlanırlar. Yük dengesini sağ2-
lamak için katot kabındaki SO 4 iyonları anot kabına doğru yöne–
+
lirken, tuz köprüsündeki anyonlar (CI ) anota, katyonlar (K ) katota
doğru yönelirler.
Bu şekilde istemli bir şekilde indirgenme-yükseltgenme tepkimelerinin gerçekleştiği Daniell hücresi (Şekil 1.8). çalışır ve akım
üretir. Daniell hücresi başlangıçta en yüksek potansiyeli gösterir
42
12. SINIF • KİMYA
3.
Ne Neyi Yükseltger/İndirger?
BÖLÜM
ve denge durumundan en uzaktır. Hücre çalıştıkça hücre gerilimi
0
(E hücre) düşer ve yeteri kadar beklenildiğinde hücre dengeye gelir.
0
Standart hücre gerilimi (E hücre) sıfır olur. Daniell pili dengeye gelmiş
ve bitmiştir.
1M CuSO4 ve 1M ZnSO4 sulu çözeltileri ile hazırlanan Daniell
pilinin çalışmaya başladığı andaki hücre gerilimini Tablo 1.2’den yararlanarak hesaplayalım.
Tablo 1.2’ye göre Zn
2+
ve Cu
2+
iyonlarının standart indirgenme
potansiyellerini yazalım.
2+
–
Zn(k)
E = – 0,763 V
2+
–
Cu(k)
E = + 0,337 V
Zn (suda) + 2e
Cu (suda) + 2e
0
0
2+
Standart indirgenme gerilimi büyük olan Cu
dirgenirken, Zn atomları Zn
2+
iyonlarına yükseltgenir.
2+
Anot : Zn(k)
Zn (suda) + 2e
2+
iyonu katotta in-
Katot : Cu (suda) + 2e
–
2+
–
(Yükseltgenme)
Cu(k) (İndirgenme)
2+
Zn(k) + Cu (suda) m Zn (suda) + Cu(k)
0
0
0
E hücre = E katot - E anot
0
=+ 0, 337 - (- 0, 763)
E
hücre
0
E hücre = 1, 100 V
Daniell pili başlangıçta 1M çözeltilerle ve 25 °C’ta 1,100 voltluk
bir akım sağlar. Pil çalıştıkça bu akım düşer ve sıfır olur. Hücre geriliminin sıfır olması pilin dengeye geldiğini gösterir.
1.3.3 Elektrot Potansiyelini Etkileyen
Faktörler
Daniell pilinin standart şartlarda, 1M’lık çözeltilerde başlangıç
potansiyeli 1,1 V olarak hesaplanabilir. Bu hesaplanan hücre potansiyeline etki eden faktörler şunlardır:
a) Çözelti derişimleri
b) Sıcaklık
c) Gaz elektrotlarda basınç
Bir galvanik hücrenin standart potansiyeline anot ve katot kabında kullanılan çözeltilerin derişimleri, pilin bulunduğu ortamın sıcaklığı, elektrotlarda gaz kullanılıyorsa gaz basıncı (hidrojen elektrot
12. SINIF • KİMYA
43
1.
ÜNİTE
KİMYA VE ELEKTRİK
gibi) etki eder. Ayrıca yarı hücrelerde indirgenen ve yükseltgenen
elektrotların cinsi değiştirilirse, hücre potansiyelinin de değişeceği
kesindir. İndirgenen ve yükseltgenen elektrotlar değiştiğinde elekt-
ronlara uygulanan itme ve çekme kuvvetleri değişeceğinden hücre
potansiyeli de değişir.
Sıcaklık değişimi hücre potansiyeline etki eden faktörlerdendir.
Bütün pil tepkimeleri, kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine çeviren ek-
zotermik tepkimelerdir. Bunun için denge kurallarına göre sıcaklığın
artırılması bütün pil tepkimelerinde dengenin girenler yönüne kaymasını sağladığından hücre potansiyelini azaltır.
Hidrojen yarı pilinde cam tüpte H2 gazı çıkışı varsa, H2 gazı-
nın basıncı sürekli artacaktır. Pil çalışırken H2 gazı çekilerek basınç
azaltılırsa hücre potansiyeli artar, H2 eklenerek basınç artırıldığında
ise hücre potansiyeli azalır.
Ayrıca hücre potansiyelinin standart şartlarda hesaplanan de-
ğeri pil çalışmaya başladığı andaki değeridir. Pilin çalışması devam
ettikçe hücre potansiyeli sürekli azalır.
Standart şartlara göre indirgenme elektrot potansiyelleri, çözel-
tilerin 1M derişimli çözeltilerinde geçerlidir. “Kimyasal Denge” konusundan hatırlayacağımız Le Chatelier ilkesine göre yarı hücrelerdeki
çözeltilerin derişimlerinin değişmesi hücre potansiyelini etkiler. Re-
doks tepkimesindeki reaksiyona giren bir iyonun derişiminin artması veya ürünlerdeki bir iyonun derişiminin azalması dengeyi ürünler
yönüne kaydırdığından hücre potansiyelini artırır. Benzer şekilde re-
aksiyona giren bir iyonun derişiminin azalması veya ürünlerdeki bir
iyonun derişiminin artması dengeyi girenler yönüne kaydırdığından
hücre potansiyelini azaltır.
Standart olmayan koşullarda (25 °C, 1 atm ancak derişimler
1 M’dan farklı ise) pil geriliminin hesaplanması için çalışan bilim insanı W. H. Nernst (W. H. Nerst) kendi adı ile alınan Nernst denklemini bulmuş ve derişimin hücre potansiyeli üzerine olan etkisini
açıklamıştır.
44
12. SINIF • KİMYA