جهد القطب المعياري

جهد القطب المعياري
جهد القطب المعياري
لا يمكن قياس جهد نصف تفاعل ما بمفرده إلا إذا اقترن بنصف تفاعل آخر له جهد معلوم . لماذا ؟
لأن نصف تفاعل التأكسد لا يحدث الا بوجود نصف تفاعل الاختزال .
وقد تم اتخاذ قطب الهيدروجين المعياري أساساً لقياس جهود أنصاف التفاعلات الأخرى، وتم اعتبار جهد نصف التفاعل التأكسد والاختزال له يساوي صفراً في الظروف المعيارية.
جهد اختزال الهيدروجين
H2(g 2e- + 2H+(aq) Eْ = صفر فولت

جهد تأكسد الهيدروجين
2e- + 2H+(aq) H2(g Eْ = صفر فولت

يتكون قطب الهيدروجين المعياري من قطب من البلاتين مغموس في محلول حمضي تركيز أيون الهيدروجينH+I فيه( 1مول/لتر). ويمر فوقه بصورة مستمرة تيار من الهيدروجين تحت ضغط جوي واحد وعند درجة حرارة 25 ْ س . شكل

عند اقتران قطب الهيدروجين المعياري مع نصف تفاعل آخر في خلية غلفانية، يمكن أن تسير الإلكترونات في أي من الاتجاهين تبعاً لميل نصف التفاعل الأخر للاختزال ، ويعرف هذا الميل بجهد الاختزال.
ولتحديد جهد الاختزال المعياري لنصف تفاعل ما يوضع في ظروف معيارية ويربط بقطب الهيدروجين المعياري، وبتحديد المصعد والمهبط وقراءة جهد الخلية المعياري يحسب جهد الاختزال للقطب المجهول من العلاقة :
جهد الخلية المعياري ( ْE ) = جهد الاختزال للمهبط – جهد الاختزال للمصعد .

مثال 1 :
تم وصل نصف خلية من الخارصين مكونة من صفيحة خارصين في محلول كبريتات الخارصين بتركيز (1 مول/لتر) ودرجة حرارة ( 25 ْ س) مع قطب الهيدروجين المعياري ، فتبين أن الالكترونات تسري من نصف خلية الخارصين الى نصف خلية الهيدروجين ، وأن قراءة الفولتميتر تساوي (0.76 فولت) .
لاحظ كيف نحسب جهد اختزال الخارصين .
مصعد 2e- + Zn+2 Zn
مهبط H2 2e- + 2H+
قراءة الفولتميتر تشير الى أن جهد الخلية المعياري = 0.76 فولت .
جهد الخلية المعياري ( ْE ) = جهد الاختزال للمهبط – جهد الاختزال للمصعد.
جهد الخلية المعياري ( ْE ) = جهد اختزال الهيدروجين – جهد اختزال الخارصين
0.76 = صفر - ْE للخارصين
جهد اختزال الخارصين = -0.76 فولت
Zn  2e- + Zn+2 Eْ = - 0.76 فولت
تعني الإشارة السالبة لجهد اختزال الخارصين أن الخارصين أكثر ميلاً للتأكسد من الهيدروجين . أو أن الهيدروجين أكثر ميلا للاختزال من الخارصين .
ولكتابة نصف تفاعل التأكسد للخارصين نعكس المعادلة السابقة مع عكس اشارة الجهد .
2e- + Zn+2  Zn Eْ =+ 0.76 فولت
مثال 2 :
تم وصل نصف خلية من النحاس مكونة من صفيحة نحاس في محلول كبريتات النحاس بتركيز ( 1 مول / لتر ) ودرجة حرارة
( 25 ْ س ) مع قطب الهيدروجين المعياري ، فتبين أن الالكترونات تسري من نصف خلية الهيدروجين الى نصف خلية النحاس ، وأن قراءة الفولتميتر تساوي (0,34 فولت) .
لاحظ كيف نحسب جهد اختزال النحاس . شكل
Cu+2 + 2e- Cu مهبط
H2 2H+ + 2e- مصعد
قراءة الفولتميتر تشير الى أن جهد الخلية المعياري = 0.34 فولت .
جهد الخلية المعياري ( ْE ) = جهد الاختزال للمهبط – جهد الاختزال للمصعد.
جهد الخلية المعياري ( ْE ) = جهد اختزال النحاس – جهد اختزال الهيدروجين
0.34 = ْE للنحاس - صفر
جهد اختزال النحاس = +0.34 فولت .
Cu 2e- + Cu+2 E- = +0.34 فولت
تعني الإشارة الموجبة لجهد اختزال النحاس أن النحاس أكثر ميلاً للاختزال من الهيدروجين . أو أن الهيدروجين أكثر ميلا للتأكسد من النحاس .
ولكتابة نصف تفاعل التأكسد للنحاس نعكس المعادلة السابقة مع عكس اشارة الجهد .
2e- + Cu+2  Cu Eْ = -0.34 فولت
من خلال المثالين السابقين يلاحظ أنه:
ـ كلما زاد جهد الاختزال زاد الميل للاختزال .
ـ كلما زاد جهد التأكسد زاد الميل للتأكسد .

سؤال (1): تم ربط قطب الهيدروجين المعياري بقطب رصاص مغموس في محلول PbSO4 ( ه1 مول / لتر ). ويتصل المحلولان بقنطرة ملحية، وقد تبين عملياً أن جهد الخلية المعياري 0.13 فولت وأن الإلكترونات تتحرك من قطب الرصاص إلى قطب الهيدروجين المعياري.
1- ا كتب معادلة نصف التفاعل الذي يحدث عند كل قطب.
2- أي القطبين المصعد وما شحنته.
3- أي القطبين المهبط وما شحنته .
4- ماذا يحدث لتركيز أيونات Pb+2 في المحلول.
5- وضح اتجاه حركة الإلكترونات السالبة في الدارة الخارجية .
6- وضح اتجاه حركة الأيونات السالبة عبر القنطرة الملحية.
7- احسب جهد اختزال الرصاص .
8- اكتب نصفي تفاعل الاختزال والتأكسد للرصاص، مبيناً قيمة جهد تأكسده واختزاله .
لمعرفة الإجابة اضغط هنا

سؤال (2): وضح اتجاه حركة الإلكترونات وبين المصعد والمهبط وشحنة كلٍ منهما وذلك عند ربط قطب الهيدروجين المعياري بكلٍ من : 1- الكادميوم. 2- الفضة.
إذا علمت أن انصاف تفاعل الاختزال ، وجهدي الاختزال لهما هو :
= ـ 0.40 فولت Eْ Cd+2 + 2e- Cd
= + 0.80 فولت Eْ Ag + e- Ag