חיזור חימצון חיזור בתגובות חימצון - בתגובות

יש מעבר אלקטרונים. יש שינוי בדרגות חימצון.

I Cu(s) + 2Ag+(aq) -----> 2Ag(s) + Cu2+

(aq)

נתונות שתי תגובות המתרחשות באופן ספונטני:

II Zn(s) + Cu2+(aq) -------> Zn2+

(aq) + Cu(s)

מכך נובעת הפיכות תגובת האלקטרוד - Cu2+/CuIII Cu2+

(aq)+ 2e- <====> Cu(s)

אלקטרוד היא תגובת חימצון או חיזור בלבד.תגובות

זוהי תגובת שיווי משקל. חל עליה עקרון לה-שטליה.

גם על תוספת או הוצאת אלקטרונים.

תגובות שתי של סכום היא חיזור חימצון תגובתאלקטרוד.

היא סכום של שתי תגובות האלקטרוד:Iלדוגמא- תגובה

Cu(s) -----> Cu2+(aq) + 2e-

2Ag+(aq) + 2e- -----> 2Ag(s)

2Ag+(aq) + Cu(s) -----> Cu2+

(aq) + 2Ag(s)

למסור הנטייה לפי המתכות את איכותי באופן לדרג שניתן מצאנו:) , לחזר ) חימצון לעבור אלקטרונים

Mg > Zn > Fe > Pb > H2 > Cu > Ag

לעבור ) אלקטרונים לקבל הנטייה לפי הממוימים המתכות יוני ואת:) לחמצן, חיזור

Ag+ > Cu2+ > H3O+ > Pb2+ > Fe2+ > Zn2+ > Mg2+

של החיזור תגובת כי ללמוד ניתן האלקטרוכימית מהשורהיוני של החיזור מתגובת יותר להתרחש נוטה הכסף יוני

הנחושת.

Ag+(aq)+ e- <==> Ag(s) Cu2+

(aq)+ 2e- <==> Cu(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.

X- אניונים X+ קטיונים

V

גשר מלח

Zn Cue- e-

ZnSO4

1M

CuSO4

1M

Zn(s)---> Zn2+(aq)+ 2e- Cu2+

(aq)+ 2e- ---> Cu(s)

אנודה

חימצון

קטודה

חיזור

Zn / Zn2+ // Cu2+ / Cu סימון תא מקוצר-

התא - של פעולתו Zn / Zn2+ // Cu2+ / Cuהסבר

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.

המלח גשר - לאפשר סגירת מעגל הזרם החשמלי תפקידע”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.

אלקטרודת מתכת-גלעינים חיוביים בענן אלקטרונים.

+

++

+

יוני מתכת ממוימים שעזבו את האלקטרודה

ללא אלקטרונים

מתכת בשיווי משקל עם יוני מתכת בתמיסה

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 מהאלקטרודה ויגרמו

לזרם להמשיך לזרום.המעגל ייסגר ע”י זרימת היונים בגשר המלח.•

אלקטרוכימי בתא הנמדד המתח

•V המתח הנמדד בתא אלקטרוכימי, שווה בקרוב - להפרש בין פוטנציאלי החיזור של שני יוני המתכות

הממוימים.

- הכוח האלקטרומניע של תא. זהו המתח Eכא”מ - •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.

E0 - פוטנציאל חיזור ומדידתוהמדידה מתבצעת בתא חשמלי עם מערכת יחוס •

תיקנית.

מערכת הייחוס התיקנית היא חצי תא מימן. •

• 2H3O+(aq)+2e- <=> H2(g)+2H2O(l)

•E0 = 0

מולר, לחץ גז 1ריכוז יוני ההידרוניום בתא תיקני •.250 אטמ’ והטמפ’ 1המימן

מחברים חצאי תאים שונים לחצי תא מימן.•

•E0 כאשר יוני המתכת מחמצנים חזקים מיוני חיובי הידרוניום.

E0 כשיוני ההידרוניום מחמצנים טובים יותר.שלילי

H2(g)

Ptאלקטרודת

H3O+

1M

חצי תא מימן

H2(g)

H3O+

1M

2.37 0.8Mg Ag

Mg2+ Ag+

e-

2.37+0.8 = 3.17

Ag+ + e ---> Ag

Cu2+ + 2e --->Cu

2H3O+ +2e --> H2 + 2H2O

E

Zn2+ + 2e ---> Zn

Mg2+ + 2e ---> Mg

0.8

0.34

0

0.76-

2.37-

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 מולר)1

דוגמא - Zn(s)----> Zn2+

(aq)+ 2e- Eo = 0.76V

2Ag+(aq)+ 2e- ---> 2Ag(s) Eo = 0.8V

Zn(s) + 2Ag2+-----> Zn2+(aq)+ 2Ag(s) Eo = 1.56V

לא הוכפלEםלמרות שהאיזוןכן הוכפל

כיצד משתנה מתח התא לאחר שהתא החל כיצד משתנה מתח התא לאחר שהתא החל לפעול ?לפעול ?

במהלך הזמן מתח התא הולך וקטן עד להתאפסות.

E =0.במצב שיווי משקל נחושת - אבץ תא דוגמא

Cu2+(aq)/ Cu(s)

Zn2+(aq)

/ Zn(s)

EE = 0

0.34

0.76-

0

Eo

Eo = 0.34 + 0.76 = 1.1V

- יורד ריכוז בחצי תא הנחושתיוני הנחושת ולכן פוטנציאל

החיזור קטן. - עולה ריכוז בחצי תא האבץ

יוני האבץ לכן פוטנציאל החיזור שלהם עולה.

ההפרש בין פוטנציאלי -החיזור

!!!קטן

הטרוגני משקל - שיווי משקל בו מרכיבי המערכת שיווימצויים 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).

(ממתכת אצילה) ולהכניס Ptאז ניתן להשתמש באלקטרודת פלטינה - את מרכיבי המערכת כך שיבואו עמה במגע.

Ptאלקטרודת

H3O+

1M

חצי תא מימן

H2(g)

Ptאלקטרודת

חצי תא Fe2+/Fe3+

Fe2+(aq) Fe3+

(aq)

1M

Ptאלקטרודת

Cl-

1M

חצי תא כלור

Cl2(g)

לתגובת חימצון חיזור לפי פוטנציאלי החיזור Eoמחשבים את של תגובות האלקטרוד.

Eo.חיובי - התגובה תתרחש -

Eo .שלילי - 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

אסורהתגובה תתרחש ולכן Eo>0מאחר ש-

אלקטרוד בתגובות להשתמש אלקטרוד ניתן בתגובות להשתמש ניתןלאיזון הנתונים בספר לאיזון המנוסחות הנתונים בספר המנוסחות

. חיזור חימצון .משוואות חיזור חימצון משוואות

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:

Ag+(aq)+ e - <===> Ag(s) Eo = 0.8 V

על פוטנציאל חצי התא ?יוני כסףכיצד תשפיע הוספת

, יוני הוספת שטליה לה עקרון לפילסטות לתגובה תגרום כסף

.יגדל Eלתוצרים -

מוצק כסף תגרום הוספת לאלא לשינוי המוצק ריכוז כי

. ההוספה בעקבות משתנה

Ag+(aq)

Ag(s)

Zn / Zn2+ // Cu2+ / Cu

בחצי. האבץ יוני ריכוז א - מ גדול האבץ .1תא מולר

מתח

Cu2+/Cu 1M

Zn2+/Zn 1M

Eo E

מתח

Cu2+/Cu 1M

Zn2+/Zn 1M

Zn2+/ZnEo

E

Cu2+/Cu

בחצי. הנחושת יוני ריכוז ב - מ גדול הנחושת 1תא

מולר.

E < EoE > Eo

מתח התא כאשר:

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?

2Ag+(aq)+ Cu(s) <=> 2Ag(s)+ Cu(s)

Ag+

Ag

Cu2++

Cu

, המתח ישתנה כיצד בתא יקרה , מה המתח ישתנה כיצד בתא יקרה מה: הנמדדהנמדד נוסיף :כאשר נוסיף כאשר

. נחושת חנקתית לחצי תא הנחושת, לחצי תא 1הכסף.

. כסף חנקתי לחצי תא הנחושת, לחצי תא 2הכסף.

. כסף מוצק או נחושת מוצקה לכל אחד מחצאי 3התא.

. נתרן כלורי לחצי תא הכסף.4

נחושת כסף תא