حل سؤال سلول گالوانی؛ تشخیص آند، کاتد و جهت حرکت الکترون
حل سؤال سلول گالوانی با تشخیص نیم‌واکنش اکسایش و کاهش شروع می‌شود: آند محل اکسایش، کاتد محل کاهش و الکترون‌ها در مدار خارجی از آند به کاتد حرکت می‌کنند.
حل سؤال سلول گالوانی؛ از کجا شروع کنیم؟
در سلول گالوانی، واکنش اکسایش‌کاهش خودبه‌خودی انرژی شیمیایی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. برای حل سؤال باید ابتدا نیم‌واکنش هر نیم‌سلول را مشخص کنید، سپس آند و کاتد را بر اساس اکسایش و کاهش نام‌گذاری کنید. پل نمکی یا مسیر یونی، خنثی‌ماندن نسبی محلول‌ها را حفظ می‌کند و الکترون‌ها فقط از مسیر خارجی عبور می‌کنند. قطب آند منفی و قطب کاتد مثبت است؛ این علامت را نباید با تعریف ثابت آند و کاتد، یعنی اکسایش در آند و کاهش در کاتد، اشتباه گرفت.
روش گام‌به‌گام
- نیم‌واکنش‌های دو نیم‌سلول را بنویسید و ماده‌ای را که الکترون از دست می‌دهد، یعنی گونه اکسیدشونده، پیدا کنید.
- نیم‌سلول اکسایش را آند و نیم‌سلول کاهش را کاتد بنامید؛ این نام‌گذاری به نوع واکنش وابسته است، نه به شکل ظرف یا محل قرارگیری الکترود.
- جهت حرکت الکترون را در مدار خارجی از آند به کاتد رسم کنید و جهت حرکت یون‌ها در پل نمکی را جدا از مسیر الکترون در نظر بگیرید.
- برای محاسبه نیروی محرکه، پتانسیل کاهش کاتد را از پتانسیل کاهش آند کم کنید: E°cell = E°cathode − E°anode.
- اگر سؤال واکنش کلی می‌خواهد، تعداد الکترون‌های دو نیم‌واکنش را برابر کنید، سپس آن‌ها را جمع کنید و الکترون‌های مشترک را حذف کنید.
- در پایان، علامت قطب‌ها، جهت جریان قراردادی و جهت حرکت الکترون را جداگانه کنترل کنید؛ جریان قراردادی در مدار خارجی خلاف جهت حرکت الکترون است.
برای سلول روی–مس، نیم‌واکنش‌ها چنین‌اند: Zn → Zn²⁺ + 2e⁻ و Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu. پس روی آند و منفی، مس کاتد و مثبت است و الکترون‌ها از روی به مس می‌روند. اگر پتانسیل کاهش مس +0٫34 ولت و پتانسیل کاهش روی −0٫76 ولت باشد، نیروی محرکه استاندارد سلول برابر با 0٫34 − (−0٫76) = 1٫10 ولت است.
چطور این مبحث را مرور کنیم؟
پاسخ را با چهار کنترل بررسی کنید: آیا فلز آند واقعاً اکسید شده است؟ آیا یون کاتد کاهش یافته است؟ آیا الکترون از آند به کاتد حرکت می‌کند؟ آیا در محاسبه پتانسیل، پتانسیل کاهش آند با علامت درست از پتانسیل کاهش کاتد کم شده است؟ اگر هر چهار پاسخ درست باشد، ساختار حل با واکنش سلول سازگار است.
اشتباه رایج این است که چون کاتد در ذهن با کاهش مرتبط است، آن را همیشه قطب منفی فرض کنیم؛ در سلول گالوانی کاتد مثبت است. همچنین ضرب‌کردن پتانسیل‌های کاهش در ضرایب موازنه برای محاسبه نیروی محرکه نادرست است؛ ضرایب فقط برای موازنه الکترون‌ها به کار می‌روند.
جمع‌بندی
در حل سؤال سلول گالوانی، ترتیب قابل اتکا این است: تشخیص اکسایش و کاهش، تعیین آند و کاتد، رسم جهت الکترون، موازنه نیم‌واکنش‌ها و محاسبه اختلاف پتانسیل. با جداکردن تعریف واکنشی الکترودها از علامت قطب‌ها، دام اصلی این مبحث از بین می‌رود.
مطالعه مطلب آموزشی مرتبط ←