Elektrot Potansiyelleri Ders Notu

Elektrot Potansiyelleri — Ders Notu

1. Standart potansiyel ve referans

**E°pil**, 25 °C, ilgili iyon derişimleri 1 M, gazlar 1 atm iken ölçülen başlangıç pil potansiyelidir. Yarı hücrenin potansiyeli tek başına değil **standart hidrojen elektroduna (SHE)** göre belirlenir. SHE'de **Pt elektrot, 1 M H⁺ ve 1 atm H₂** bulunur; E° = **0,000 V** kabul edilir. **2H⁺ + 2e⁻ ⇌ H₂** yönü ters çevrildiğinde de hidrojenin referans potansiyeli sıfır kalır.

**E°pil = E°yük.(anot) + E°ind.(katot) = E°ind.(katot) − E°ind.(anot).** Tablodaki E°'ler **indirgenme yönü** içindir; tepkime ters çevrilirse potansiyelin işareti değişir. Yarı tepkime katsayıyla genişletilirse **potansiyel çarpılmaz**.

2. Karar için standart değerler

Ag⁺/Ag **+0,799**; Cu²⁺/Cu **+0,337**; H⁺/H₂ **0,000**; Pb²⁺/Pb **−0,126**; Sn²⁺/Sn **−0,136**; Ni²⁺/Ni **−0,250**; Fe²⁺/Fe **−0,440**; Zn²⁺/Zn **−0,763**; Al³⁺/Al **−1,662**; Mg²⁺/Mg **−2,372 V**.

İndirgenme değeri **daha büyük** olan yarı hücre **katot** olur; diğeri anot olup yükseltgenir. Örneğin Cu/Ag için Ag katot, Cu anot; **E°pil = 0,799 − 0,337 = 0,462 V**. Net: **Cu + 2Ag⁺ → Cu²⁺ + 2Ag**. Al/Zn için Zn katot, Al anot; **E°pil = −0,763 − (−1,662) = 0,899 V**. Net: **2Al + 3Zn²⁺ → 2Al³⁺ + 3Zn**.

3. Hücre diyagramı ve hareketler

**Anot | anot çözeltisi || katot çözeltisi | katot** sırasıyla yazılır; `||` tuz köprüsünü gösterir. Örnek: **Cu(k) | Cu²⁺(1 M) || Ag⁺(1 M) | Ag(k)**. Elektronlar dış devrede **anot → katot** hareket eder. Genellikle metal anot çözünür; katotta metal iyonu birikir. Gerçek yarı hücrede **olmayan katyon**, yalnız tablodaki E° değeri büyük diye katotta seçilemez.

4. Metal aktifliği, kap ve asit soruları

Metal aktifliği **yükseltgenme (elektron verme)** eğilimidir. Standart indirgenme potansiyeli **daha negatif olan** metal daha aktiftir: **Mg > Zn > Ag**. **E°yük. > 0 aktif**, **E°yük. < 0 pasif** yaklaşımı SHE'ye göredir. **Cu, Ag, Hg yarı soy**; **Au, Pt soy** metal sınıfındadır.

Metal bir kap, kendinden daha **az aktif metalin katyonunu** içeren çözeltide aşınabilir. Örnek: Mg kapta Al³⁺ → aşınma; Cu kapta Mg²⁺ → bu yer değiştirme açısından aşınma yok. Aktif Zn, HCl ile **H₂** çıkarabilir; pasif Cu, HCl ile H₂ çıkarmaz. Oksijenli/yükseltgen asitlerde asidin yapısı, derişimi ve sıcaklığı sonucu değiştirir; Cu'nun uygun H₂SO₄ koşullarında verdiği gaz **SO₂**'dir.

5. Pil potansiyelinin değişimi

Pil tepkimesinde **girenleri desteklemek gerilimi azaltır**, **ürünleri desteklemek artırır**. **Zn + 2Ag⁺ → Zn²⁺ + 2Ag** için **derişim(Ag⁺) artarsa Epil artar**; **derişim(Zn²⁺) artarsa Epil azalır**. Anot iyonunu azaltmak veya katot iyonunu artırmak gerilimi yükseltir. Gazlı örnekte **H₂ + Cu²⁺ → 2H⁺ + Cu** tepkimesi için **H₂ basıncı artarsa gerilim artar**. Kitaptaki ekzotermik pil tepkimelerinde sıcaklığın yükselmesi **Epil'i azaltır**. Elektrot türü E farkını değiştirir. **Elektrot büyüklüğü/kütlesi/temas yüzeyi** ve sabit derişimli çözelti hacmi tek başına voltajı değiştirmez.

6. Nernst ve tepkime kesri

25 °C'de **Epil = E°pil − (0,0592/n) log Qc**. **n** net tepkimede elektron sayısıdır. **Qc** = ürün iyon derişimlerinin katsayıları üs alınarak çarpımı / giren iyonların aynı yolla çarpımı. **Saf katı ve sıvılar Qc'ye alınmaz.** Qc = 1 ise E = E°. Qc < 1 ise E > E°. Qc > 1 ise E < E°.

**Zn/Cu:** Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu; **E° = 1,100 V; n = 2; Qc = derişim(Zn²⁺)/derişim(Cu²⁺)**. derişim(Zn²⁺) = 10⁻³ M, derişim(Cu²⁺) = 1 M ise **E = 1,189 V**. derişim(Zn²⁺) = 1 M, derişim(Cu²⁺) = 10⁻² M ise **E = 1,041 V**.

**Al/Cu:** 2Al + 3Cu²⁺ → 2Al³⁺ + 3Cu; **n = 6; Qc = derişim(Al³⁺)²/derişim(Cu²⁺)³**. Al₂(SO₄)₃'ün 0,05 M çözeltisi, **0,10 M Al³⁺** verir. Cu²⁺ 0,001 M ise **E ≈ 1,930 V**.

7. Derişim pilleri

**Aynı metal ve aynı metal iyonu**, fakat **farklı iyon derişimleri** kullanılır. **Düşük katyon derişimli bölüm anot**, **yüksek katyon derişimli bölüm katot** olur. **E°pil = 0,000 V** olmasına karşın derişimler farklıysa **Epil > 0** olabilir. İyon derişimleri birbirine yaklaştıkça potansiyel azalır; eşitlenince pil durur.

**Ag/Ag⁺ örneği:** 0,1 M ve 1 M; **n = 1, Qc = 0,1/1 = 0,1**, **Epil = +0,0592 V**. Düşük derişimli kapta Ag anotta çözünür, yüksek derişimli kapta Ag⁺ indirgenir.

Kısa Özet

**SHE = 0 V**; **katot = E°ind. büyük**; **E°pil = E°katot − E°anot**. **E°'yi katsayıyla çarpma.** **Aktiflik, metalin elektron verme eğilimidir.** **Qc, ürün iyonları/giren iyonlar** sırasıyla ve doğru üslerle kurulur; **Nernst'te n** net elektron sayısıdır. **Derişim pilinde E° = 0 ancak derişimler farklıyken E ≠ 0** olabilir.