سلول های غلظتی
یکی از عوامل تاثیر گذار روی پتانسیل الکترودی یک نیم سلول، غلظت الکترولیت آن است. در این مطلب قصد داریم به بررسی اثر غلظت بر پتانسیل الکترودی و معرفی سلول های غلظتی بپردازیم.
اثر غلظت بر پتانسیل الکترودی:
تعادل مربوط به نیم سلول استاندارد(Fe2+(aq)/Fe) را در نظر بگیرید:
Fe2+(aq)+ 2e- < ---- > Fe(s) E° = -0.44v
همان طور که مشاهده می کنید برای این تعادل می توان عبارت ثابت تعادل را به این صورت نوشت:
در شرایط استاندارد غلظتFe2+(aq) یک مول بر لیتر بوده و E° این نیم سلول برابر -0.44v است. از طرفی ثابت تعادل این نیم واکنش تعادلی در دمای معین ، غلظت یون Fe2+(aq) تغییر کند تعادل طبق اصل لوشاتلیه جابه جا می شود تا شرایط تعادلی دوباره برقرار شود اما پتانسیل الکترودی متفاوتی در این نیم سلول به وجود می آید.
اگر غلظت کاتیون موجود در نیم سلول افزایش یابد، تعادل در جهت رفت جابه جا شده و تمایل برای کاهیده شدن افزایش می یابد و در نتیجه E زیاد می شود.
اگر غلظت کاتیون موجود در نیم سلول کاهش یابد، تعادل در جهت برگشت جابه جا شده و تمایل برای کاهیده شدن کم می شود در نتیجه E کاهش می یابد.
توجه: از آنجا که غلظت کاتیون الزاما یک مولار نیست شرایط استاندارد نبوده و دیگر پتانسیل الکترودی به صورت E° نمایش داده نمی شود.
در تعادل Fe2+(aq) + 2e- < ---- > Fe(s) ، با افزایش غلظت Fe2+(aq) مقدارE بزرگتر می شود و نسبت 1 بر
[ Fe2+ ] در حالت تعادل بدون تغییر باقی می ماند، زیرا این نسبت همان K است که تنها به وسیله دما دچار تغییر می شود.
سلول غلظتی:
زمانی که دو نیم سلول یک عنصر که غلظت الکترولیت آن ها متفاوت است به یکدیگر متصل شوند، سلول غلظتی ساخته می شود. در یک سلول آند و قطب منفی، نیم سلولی است که غلظت الکترولیت و غلظت کاتیون در آن کمتر بوده و پتانسیل الکترودی کمتری داشته باشد و عنصر مورد نظر در آن اکسایش یابد. کاتد و قطب مثبت، نیم سلولی است که غلظت الکترولیت و غلظت کاتیون آن بیشتر بوده و پتانسیل الکترودی بیش تری داشته باشد و عنصر مورد نظر در آن کاهش یابد.
یک سلول غلظتی تا زمانی کار می کند که غلظت کاتیون در دو نیم سلول یکسان شود.
در واکنش کلی سلول های غلظتی همواره غلظت کاتیون سمت چپ باید بیشتر باشد. برای مثال در سلول غلظتی مس، واکنش کلی می تواند به صورت زیر باشد:
ولتاژ سلول های غلظتی:
برای محاسبه پتانسیل یک سلول غلظتی در دمای اتاق (25°c) می توان از این رابطه استفاده کرد:
در این رابطه n تعداد الکترون های مبادله شده در نیم واکنش ها و Mm+(aq) یون فلزی موجود در محلول آبی درون هر نیم سلول است.
نکته: هر چه اختلاف غلظت کاتیون در دو نیم سلول بیش تر و تعداد الکترون های مبادله شده (بار کاتیون) کمتر باشد، ولتاژ سلول غلظتی بیش تر است.
مرکز یادگیری سایت تبیان - تهیه و تنظیم: مهسا شاه حسینی
