Pil Gerilimine Etki Eden Faktörler
Galvanik hücrelerde gerçekleşen tepkimeler bir denge tepkimesidir. Denge sistemine etki eden faktörler pil tepkimelerine ve pil potansiyellerine de etki eder
- Pil tepkimesini ürünler yönüne kaydıran etkenler pil potansiyelini büyütür. (Kablodan daha fazla elektron hareket eder)
- Pil tepkimesini girenler yönüne kaydıran etkenler pil potansiyelini küçültür. (Kablodan daha az elektron hareket eder)
Sıcaklığın Pil Potansiyeline Etkisi
Galvanik hücrelerde gerçekleşen tepkimeler ekzotermik tepkimelerdir. Sıcaklık değişiminde tepkime yönündeki değişim sıcaklığın dengeye etkisindeki gibi olur.
\(\ce{Zn(k) + Cu^{2+}(aq) <=> Zn^{2+}(aq) + Cu(k) + Energy}\)
- Sıcaklık yükseltilirse tepkime girenler yönüne kayar ve \(E_{pil}\) küçülür.
- Sıcaklık düşürülürse tepkime ürünler yönüne kayar ve \(E_{pil}\) büyür
Basıncın Pil Potansiyeline Etkisi
Basınç değişimi sadece hidrojen yarı pilinin bulunduğu galvanik hücrelerde etkilidir. Tepkime yönündeki değişim basıncın dengeye etkisi ile aynıdır.
\(\ce{H2(g) + 2Ag+ <=> 2H+ + 2Ag(k)}\)
Bu tepkimede;
- Basınç arıtırılırsa basıncı azaltmak için tepkime ürünler yönüne kayar ve \(E_{pil}\) büyür.
- Basınç azaltılırsa tepkime girenler yönüne kayar ve \(E_{pil}\) küçülür.
Derişimin Pil Potansiyeline Etkisi
Anot ve katot kaplarındaki çözelti derişimleri değiştirildiğinde tepkime sistemi azalan derişimin artacağı ya da artan derişimin azalacağı yöne kayar.
\(\ce{Zn(k) + Cu^{2+}(aq, katot) <=> Zn^{2+}(aq, anot) + Cu}\)
Yukarıdaki galvanik pil sisteminde 1. yarı hücre anot, 2. yarı hücre katottur.
1. Yarı Hücreye Saf Su Eklenirse Ya Da \(Na_2S\) Katısı Eklenerek ZnS Katısının Çökmesi Sağlanırsa;
- Anot derişimi olan \(Zn^{2+}\) iyon derişimi azalır ve tepkime ürünler yönüne kayar.
- Pil potansiyeli (voltaj) büyür.
2. Yarı Hücreye Saf Su Eklenirse Ya Da \(Na_2S\) Katısı Eklenerek CuS Katısının Çökmesi Sağlanırsa;
- Katot derişimi olan \(Cu^{2+}\) iyon derişimi azalır ve tepkime girenler yönüne kayar.
- Pil potansiyeli (voltaj) küçülür.
1. Yarı Hücreye \(Zn(NO_3)_2\) Katısı Eklenip Çözülürse Ya Da Bir Miktar Saf Su Buharlaştırılırsa;
- Anot derişimi olan \(Zn^{2+}\) iyon derişimi artar ve tepkime bunu azaltmak için girenler yönüne kayar.
- Pil potansiyeli küçülür.
2. Yarı Hücreye \(Cu(NO_3)_2\) Katısı Eklenip Çözülürse Ya Da Bir Miktar Saf Su Buharlaştırılırsa;
- Katot derişimi olan \(Cu^{2+}\) iyon derişimi artar ve tepkime bunu azaltmak için ürünler yönüne kayar.
- Pil potansiyeli büyür.
Çinko veya bakır katısının (anot ya da katot elektrotların) artırılması dengeyi değiştirmez ve voltaja bir etkisi olmaz.
Galvanik hücrelerde; anot kabındaki derişim azalırsa veya katot kabındaki derişim artarsa pil potansiyeli büyür.
Anot kabındaki derişim artarsa ve katot kabındaki derişim azalırsa pil potansiyeli küçülür ki galvanik hücrelerde zamanla olan şey budur.
Nernst Eşitliği ve Farklı Derişimlerde Pil Potansiyelinin Hesaplanması
Anot ve katot kaplarındaki çözelti derişimleri değiştirildiğinde pil potansiyeli de değişir. Oluşan yeni durumdaki pil potansiyeli Nernst Eşitliği kullanılarak hesaplanabilir.
\[E_{pil} = E\degree_{pil} - \frac{0,0592}{n}.logQ_c \]
- \(E_{pil}\): Standart olmayan şartlardaki pil potansiyeli
- \(E\degree_{pil}\): Standart şartlardaki pil potansiyeli
- \(n\): Hücre tepkimesinde alınan ya da verilen toplam elektron sayısı.
Örneğin \(\ce{Mg(k) + Zn^{2+}(aq) <=> Mg^{2+}(aq) + Zn(k)}\) tepkimesinde n=2 dir çünkü iki elektron alınmış ve verilmiştir.
- \(Q_c\): Pil tepkimesinin derişimler türünden denge kesri ([anot]/[katot])
0,0592 değeri sorularda genellikle 0,06 olarak kullanılır. Hangi değerin kullanılacağı genelde soruda verilir.
Denge kesri yazılırken iyon derişimlerinin katsayıları derişimler üzerine üs olarak yazılmalıdır.
- \(\ce{Mg(k) -> Mg^{2+}(aq) + 2e-};\quad E\degree = ^2,37V\)
- \(\ce{Zn(k) -> Zn^{2+}(aq) + 2e-};\quad E\degree = ^0,76V\)
Aktif olan Mg anotta yükseltgenir ve pasif olan Zn katotta indirgenir. Anot potansiyeli +2,37V, katot potansiyeli -0,76V olur. Standart pil potansiyeli \(E\degree_{pil} = +1,61V\) olur.
Pratik olarak, verilen değerlerin ikisi de indirgenme ya da ikisi de yükseltgenme potansiyeli ise küçük olan değer ters çevrilerek toplanır ve standart pil potansiyeli elde edilir.
- \(\ce{Mg(k) + Zn^{2+}(aq) <=> Mg^{2+}(aq) + Zn(k)}\) (n=2) olur.
\[E_{pil} = E\degree_{pil} - \frac{0,06}{n}.logQ_c \]
\[E_{pil} = 1,61 - \frac{0,06}{2}.log\frac{0,1}{1} \]
\[E_{pil} = 1,61 - 0,03.log10^{-1} \]
\[E_{pil} = 1,61 + 0,03 = +1,64V \]
Anot kabının derişimi azaldığı için pil potansiyeli artmıştır.
Hem elektrotlar, hem çözeltideki katyon derişimleri farklıysa iki durum ortaya çıkar. Her iki durumda da pil potansiyelleri Nernst eşitliğinden hesaplanır.
Aktif metalin elektrodunun olduğu çözeltideki katyon derişiminin küçük olması:
- Hem aktif metal, hem derişimi az olan çözelti aynı hücrede olduğundan yani anot olma durumunu destekleyen iki faktör de aynı yerde olduğundan anot yarı hücresi bu hücredir ve pil potansiyeli standart pil potansiyelinden büyük çıkar.
Aktif metalin elektrodunun olduğu çözeltideki katyon derişiminin büyük olması:
- Aktif metal açısından bu hücreye anot demek gerekirken, çözeltideki katyon derişimi açısından katot demek gerekir. Genellikle aktiflik farkı derişim farkından büyük olduğundan bu tür durumlarda anodu aktiflik farkı belirler.
Questions
- Hidrojenler tek Ag değil 2Ag ile tepkimeye girer. Çünkü Ag, \(Ag^{2+}\) değil \(Ag^+\) iyonu verir.
