+ Cu (s)

Report
‫בתגובות חימצון חיזור ‪-‬‬
‫יש מעבר אלקטרונים‪.‬‬
‫חימצון ‪.‬‬
‫יש שינוי בדרגות‬
‫נתונות שתי תגובות המתרחשות באופן ספונטני‪:‬‬
‫)‪Cu(s) + 2Ag+(aq) -----> 2Ag(s) + Cu2+(aq‬‬
‫‪I‬‬
‫)‪Zn(s) + Cu2+(aq) -------> Zn2+(aq) + Cu(s‬‬
‫‪II‬‬
‫מכך נובעת הפיכות תגובת האלקטרוד ‪-‬‬
‫‪Cu2+/Cu‬‬
‫‪2+‬‬
‫‬‫)‪Cu (aq)+ 2e <====> Cu(s‬‬
‫‪III‬‬
‫תגובות אלקטרוד היא תגובת חימצון או חיזור בלבד‪.‬‬
‫זוהי תגובת שיווי משקל‪ .‬חל עליה עקרון לה‪-‬שטליה ‪.‬‬
‫גם על תוספת או הוצאת אלקטרונים‪.‬‬
‫תגובת חימצון חיזור היא סכום של שתי תגובות אלקטרוד‪.‬‬
‫לדוגמא‪ -‬תגובה ‪ I‬היא סכום של שתי תגובות האלקטרוד‪:‬‬
‫‪Cu(s) -----> Cu2+(aq) + 2e‬‬‫)‪2Ag+(aq) + 2e- -----> 2Ag(s‬‬
‫)‪2Ag+(aq) + Cu(s) -----> Cu2+(aq) + 2Ag(s‬‬
‫מצאנו שניתן לדרג באופן איכותי את המתכות לפי הנטייה למסור אלקטרונים (לעבור‬
‫חימצון‪ ,‬לחזר‪):‬‬
‫‪Mg > Zn > Fe > Pb > H2 > Cu > Ag‬‬
‫ואת יוני המתכות הממוימים לפי הנטייה לקבל אלקטרונים (לעבור חיזור‪ ,‬לחמצן‪):‬‬
‫‪Ag+ > Cu2+ > H3O+ > Pb2+ > Fe2+ > Zn2+ > Mg2+‬‬
‫מהשורה האלקטרוכימית ניתן ללמוד כי תגובת החיזור של יוני הכסף‬
‫נוטה להתרחש יותר מתגובת החיזור של יוני הנחושת‪.‬‬
‫)‪Cu2+(aq)+ 2e- <==> Cu(s‬‬
‫)‪Ag+(aq)+ e- <==> Ag(s‬‬
‫‪ ‬הוא המדד הכמותי לנטייה של מחמצן לקבל‬
‫אלקטרונים‪ ,‬נמדד ביחידות וולט‪ -‬מתח‪.‬‬
‫‪ ‬במקרה של מתכת זהו הפרש המתח בין יוני‬
‫המתכת המומסים למתכת המוצקה ‪.‬‬
‫‪ ‬פוטנציאל החיזור אינו ניתן למדידה ישירה‪ .‬רק‬
‫בתא חשמלי‪.‬‬
‫‪Cu‬‬
‫‪V‬‬
‫‪e-‬‬
‫קטוד‬
‫ה‬
‫‪Zn‬‬
‫‪e-‬‬
‫אנודה‬
‫קטיונים ‪ X+‬גשר מלח אניונים ‪X-‬‬
‫חימצון‬
‫חיזור‬
‫‪CuSO4‬‬
‫‪1M‬‬
‫)‪Cu2+(aq)+ 2e- ---> Cu(s‬‬
‫‪ZnSO4‬‬
‫‪1M‬‬
‫‪Zn(s)---> Zn2+(aq)+ 2e-‬‬
‫סימון תא מקוצר‪Zn / Zn2+ // Cu2+ / Cu -‬‬
‫הסבר פעולתו של התא ‪-‬‬
‫‪Zn / Zn2+ // Cu2+ / Cu‬‬
‫נטיית יוני הנחושת לקבל אלקטרונים גבוהה מנטיית יוני‬
‫האבץ‪ .‬משיכתם את האלקטרונים חזקה יותר‪ .‬לכן תתרחש‬
‫זרימת אלקטרונים מתא האבץ‪ ,‬דרך החוט המוליך‪ ,‬לתא‬
‫הנחושת‪.‬‬
‫אלקטרודת האבץ תתפרק ליונים‪ ,‬האלקטרונים יעברו דרך‬
‫החוט ליוני הנחושת בתמיסה‪ .‬תשקע נחושת ניטרלית‪.‬‬
‫תפקיד גשר המלח ‪ -‬לאפשר סגירת מעגל הזרם החשמלי ע”י‬
‫זרימה של יונים ממוימים‪ .‬ליד אלקטרודת האבץ נוצר עודף‬
‫מטען חיובי וליד אלקטרודת הנחושת חוסר מטען חיובי‬
‫(עודף מטען שלילי )‪ .‬היונים ינועו דרך גשר המלח בהתאם‬
‫לשדה החשמלי שיווצר‪ ,‬לאיזון המטען‪.‬‬
‫מתכת בשיווי משקל עם‬
‫יוני מתכת בתמיסה‬
‫אלקטרודת מתכת‪-‬‬
‫גלעינים חיוביים‬
‫בענן אלקטרונים‪.‬‬
‫יוני מתכת ממוימים‬
‫שעזבו את האלקטרודה‬
‫ללא אלקטרונים‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫כשפס המתכת מוכנס למים מספר מסוים של‬
‫גלעינים חיוביים משטח הפנים עובר למים‪.‬‬
‫האלקטרונים נשארים על האלקטרודה‪ .‬מושג שיווי‬
‫משקל‪.‬‬
‫ככל שהמתכת מחזרת טובה יותר יעברו יותר‬
‫גלעינים לתמיסה ויותר אלקטרונים עודפים יישארו‬
‫על האלקטרודה‪.‬‬
‫בחיבור שני חצאי תא עם חוט מוליך תתחיל זרימה‬
‫של אלקטרונים מהאלקטרודה היותר שלילית‬
‫לפחות שלילית ‪.‬‬
‫יוני המתכת המחמצנים הטובים יותר (בחצי התא‬
‫אליו זרמו האלקט’)‪ ,‬ימשכו אלקטרונים‬
‫המתח הנמדד בתא אלקטרוכימי‬
‫• ‪V -‬המתח הנמדד בתא אלקטרוכימי‪ ,‬שווה‬
‫בקרוב להפרש בין פוטנציאלי החיזור של שני‬
‫יוני המתכות הממוימים‪.‬‬
‫• כא”מ ‪ - E -‬הכוח האלקטרומניע של תא‪ .‬זהו‬
‫המתח בין הדקי התא ללא זרימת זרם‪ .‬הוא‬
‫שווה בדיוק להפרש בין פוטנציאלי החיזור של‬
‫יוני המתכות‪.‬‬
‫• ‪V -‬המתח הנמדד נמוך מהכא”מ בגלל מפל‬
‫מתח פנימי של המכשיר המודד‪.‬‬
‫ ‪ E0‬פוטנציאל חיזור ומדידתו‬‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫המדידה מתבצעת בתא חשמלי עם‬
‫מערכת יחוס תיקנית‪.‬‬
‫מערכת הייחוס התיקנית היא חצי תא‬
‫מימן ‪.‬‬
‫)‪• 2H3O+(aq)+2e- <=> H2(g)+2H2O(l‬‬
‫‪E0 = 0‬‬
‫ריכוז יוני ההידרוניום בתא תיקני ‪1‬‬
‫מולר‪ ,‬לחץ גז המימן ‪ 1‬אטמ’ והטמפ’‬
‫‪.250‬‬
‫מחברים חצאי תאים שונים לחצי תא‬
‫מימן‪.‬‬
‫‪E0‬חיובי כאשר יוני המתכת מחמצנים‬
‫חצי תא‬
‫מימן‬
‫)‪H2(g‬‬
‫‪H3O+‬‬
‫‪1M‬‬
‫אלקטרודת‪Pt‬‬
Mg
2.37
E
e-
0.8
H2(g)
Ag
H3O+
Mg2+
1M
2.37+0.8 = 3.17
Ag+
0.8
Ag+ + e ---> Ag
0.34
Cu2+ + 2e --->Cu
0
2H3O+ +2e --> H2 + 2H2O
0.76-
Zn2+ + 2e ---> Zn
2.37-
Mg2+ + 2e ---> Mg
‫חישוב הכא”מ יעשה ע”י חיבור הכא”מ של תגובות האלקטרוד‬
‫בכיוון המתאים ‪.‬‬
‫היפוך תגובת אלקטרוד יביא להיפוך הסימן של הכא”מ‪.‬‬
‫הכפלת האיזון לא משנה את הכא”מ ‪ -‬התאים תמיד תיקניים‬
‫(ריכוז ‪ 1‬מולר)‬
‫דוגמא ‪-‬‬
‫ם ‪E‬לא הוכפל‬
‫למרות‬
‫שהאיזון‬
‫כן הוכפל‬
‫‪Eo = 0.76V‬‬
‫‪Zn(s)----> Zn2+(aq)+ 2e-‬‬
‫‪Eo = 0.8V‬‬
‫)‪2Ag+(aq)+ 2e- ---> 2Ag(s‬‬
‫‪Eo = 1.56V‬‬
‫)‪Zn(s) + 2Ag2+-----> Zn2+(aq)+ 2Ag(s‬‬
‫כיצד משתנה מתח התא לאחר שהתא החל‬
‫לפעול?‬
‫במהלך הזמן מתח התא הולך וקטן עד‬
‫להתאפסות‪.‬‬
‫‪E =0‬במצב שיווי משקל‪.‬‬
‫דוגמא ‪ -‬תא אבץ נחושת‬
‫‪Eo‬‬
‫‪Eo = 0.34 + 0.76 = 1.1V‬‬
‫בחצי תא הנחושת ‪ -‬יורד‬
‫ריכוז יוני הנחושת ולכן‬
‫פוטנציאל החיזור קטן‪.‬‬
‫בחצי תא האבץ ‪ -‬עולה ריכוז‬
‫יוני האבץ לכן פוטנציאל‬
‫החיזור שלהם עולה‪.‬‬
‫ההפרש בין פוטנציאלי‬
‫החיזור‪-‬‬
‫קטן!!!‬
‫)‪Cu2+(aq)/ Cu(s‬‬
‫‪0.34‬‬
‫‪0‬‬
‫‪E=0‬‬
‫‪E‬‬
‫)‪Zn2+(aq) / Zn(s‬‬
‫‪0.76‬‬
‫‪-‬‬
‫שיווי משקל הטרוגני ‪ -‬שיווי משקל בו מרכיבי המערכת‬
‫מצויים במצבי צבירה שונים‪.‬‬
‫דוגמא ‪-‬‬
‫)‪2Ag+(aq)+ Cu(s) <===> 2Ag(s) + Cu(s‬‬
‫במקרה הנ”ל חלק ממרכיבי המערכת מומסים‬
‫במים וחלק אחר הם מוצקים‪.‬‬
‫הוספת מוצק למערכת זו לא מהווה הפרה לשיווי‬
‫המשקל כי תוספת מוצק לא משנה את ריכוזו ‪.‬‬
‫הוספת אחד היונים המומסים כן תהווה הפרה‬
‫לשיווי המשקל ולכן המערכת תיטה בהתאם‬
‫לעיקרון לה שטליה‪.‬‬
‫כאשר חצי תא מורכב מחזמר שאינו מתכת לא ניתן ליצור ממנו את‬
‫האלקטרודה‪( .‬חומר הבונה את האלקטרודה חייב להיות מוצק מוליך‬
‫חשמל‪).‬‬
‫אז ניתן להשתמש באלקטרודת פלטינה( ‪ - Pt‬ממתכת אצילה)‬
‫ולהכניס את מרכיבי המערכת כך שיבואו עמה במגע‪.‬‬
‫חצי תא‬
‫כלור‬
‫חצי תא‬
‫‪Fe2+/Fe3+‬‬
‫)‪Fe2+(aq) Fe3+(aq‬‬
‫‪1M‬‬
‫אלקטרודת‪Pt‬‬
‫)‪Cl2(g‬‬
‫חצי תא‬
‫מימן‬
‫‪Cl-‬‬
‫‪H3O+‬‬
‫‪1M‬‬
‫‪1M‬‬
‫אלקטרודת‪Pt‬‬
‫)‪H2(g‬‬
‫אלקטרודת‪Pt‬‬
‫מחשבים את ‪ Eo‬לתגובת חימצון חיזור לפי פוטנציאלי‬
‫החיזור של תגובות האלקטרוד‪.‬‬
‫ ‪ Eo‬חיובי ‪ -‬התגובה תתרחש‪.‬‬‫ ‪Eo‬שלילי ‪ -‬התגובה לא תתרחש‪.‬‬‫דוגמא‪:‬‬
‫האם מותר לשמור תמיסת יוני נחושת בכלי עשוי אבץ (בתנאי‬
‫תקן? )‬
‫צריך לבדוק האם תתרחש בכלי התגובה‪:‬‬
‫)‪Zn(s) + Cu2+(aq) ----> Zn2+(aq) + Cu(s‬‬
‫‪Eo = 0.34 + 0.76 = 1.1V‬‬
‫מאחר ש ‪- Eo>0‬התגובה תתרחש ולכן אסור‬
‫ניתן להשתמש בתגובות אלקטרוד המנוסחות‬
‫בספר הנתונים לאיזון משוואות חימצון חיזור‪.‬‬
‫מחברים את תגובות האלקטרוד‬
‫בכיוון המתאים אחרי הכפלתן כך‬
‫שמספר האלקטרונים שנמסרו‬
‫יהיה שווה למספר האלקטרונים‬
‫שהתקבלו‪( .‬מצמצמים את‬
‫האלקטרונים ואת החלקיקים‬
‫האחרים הזהים שמופיעים משני‬
‫צידי המשואה)‬
‫נתונה תגובת האלקטרוד‪:‬‬
‫‪Eo = 0.8 V‬‬
‫)‪Ag+(aq)+ e - <===> Ag(s‬‬
‫כיצד תשפיע הוספת יוני כסף על פוטנציאל חצי‬
‫התא?‬
‫לפי עקרון לה שטליה‪ ,‬הוספת יוני כסף תגרום‬
‫לתגובה לסטות לתוצרים ‪ - E‬יגדל‪.‬‬
‫הוספת כסף מוצק לא תגרום לשינוי‬
‫כי ריכוז המוצק לא משתנה בעקבות‬
‫ההוספה‪.‬‬
‫)‪Ag(s‬‬
‫)‪Ag+(aq‬‬
‫‪Zn / Zn2+ // Cu2+ / Cu‬‬
‫מתח התא‬
‫‪:‬‬
‫כאשר‬
‫ב‪ .‬ריכוז יוני הנחושת בחצי תא‬
‫א‪ .‬ריכוז יוני האבץ בחצי תא‬
‫הנחושת גדול מ‪ 1 -‬מולר‪.‬‬
‫האבץ גדול מ‪ 1 -‬מולר‪.‬‬
‫מתח‬
‫‪1M‬‬
‫‪Cu2+/Cu‬‬
‫‪E‬‬
‫‪Zn2+/Zn‬‬
‫‪1M‬‬
‫‪Cu2+/Cu‬‬
‫‪Zn2+/Zn‬‬
‫‪E < Eo‬‬
‫‪1M‬‬
‫‪Eo‬‬
‫מתח‬
‫‪Cu2+/Cu‬‬
‫‪E‬‬
‫‪Eo‬‬
‫‪1M‬‬
‫‪Zn2+/Zn‬‬
‫‪E > Eo‬‬
‫א‪ .‬לפני סגירת המעגל ‪ -‬האם המתח שימדד יהיה נמוך או גבוה‬
‫מהמתח התקיני ? מדוע?‬
‫ב‪ .‬אחרי הגעתו לשיווי‪ -‬משקל‪ ,‬האם תהיה הפרעה לשיווי‪-‬משקל?‬
‫מדוע? אם כן‪ ,‬לאיזה כיוון יזרום הזרם?‬
‫מה יקרה בתא‪ ,‬כיצד ישתנה המתח הנמדד כאשר‬
‫נוסיף‪:‬‬
‫‪1.‬נחושת חנקתית לחצי תא הנחושת‪ ,‬לחצי‬
‫תא הכסף‪.‬‬
‫‪2.‬כסף חנקתי לחצי תא הנחושת‪ ,‬לחצי תא‬
‫הכסף‪.‬‬
‫‪3.‬כסף מוצק או נחושת מוצקה לכל אחד‬
‫מחצאי התא‪.‬‬
‫‪4.‬נתרן כלורי לחצי תא הכסף‪.‬‬
‫תא כסף נחושת‬
‫‪Ag‬‬
‫‪Ag+‬‬
‫)‪Cu(s) <=> 2Ag(s)+ Cu(s‬‬
‫‪Cu‬‬
‫‪Cu2+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪2Ag+(aq)+‬‬

similar documents