תא אלקטרוכימי-רענון

1. תא אלקטרוכימי-רענון שני חצאי התא: • Zn2+(aq) + 2e-Zn(s) E0= 0.76 V • Cu2+(aq) + 2e-Cu(s) E0= +0.34 V כיוון הזרם יקבע לפי הפוטנציאל החיובי יותר: • Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- E0= +0.76 V • Cu2+(aq) + 2e-Cu(s) E0= +0.34 V Zn(s) + Cu2+(aq) Zn2+(aq) + Cu(s)E0= +1.10 V צורת כתיבת התא: Zn / Zn2+(aq) // Cu2+(aq) / Cu משוואת נרנסט:

2. טיטרציות פוטנציומטריות • מערכת למדידת פוטנציאל במעגל פתוח (כמעט לא זורם זרם) – אלקטרודת אינדיקציה ואלקטרודת ייחוס • הריאקציה מתרחשת בתמיסה, המדידה בשווי משקל (זו משמעותו של "תא פתוח"). מעבר אלקטרונים דרך האלקטרודות למעגל החיצוני – מד מתח. • על מנת למנוע מעבר זרם משמעותי יש להקפיד על התנגדות גבוהה של מד המתח ושל האלקטרודות. התגובה בטיטרציה A1 Burette Voltmeter InE RE A2 B2 B1 לפני הנקודה האקויולנטית!

3. Oxidizing AgentReducing Agent Reduction Potential(v) Li++ e-Li -3.04 Na++ e-Na -2.71 Mg+2+2e-Mg -2.38 Al+3+ 3e-Al-1.66 2H2O(l) + 2e-H2(g) + 2OH --0.83 Zn+2+ 2e-Zn -0.76 Cr+3+ 3e-Cr -0.74 Fe+2+ 2e-Fe -0.41 Cd+2+ 2e-Cd -0.40 Ni+2+ 2e-Ni -0.23 Sn+2+ 2e-Sn -0.14 Pb+2+ 2e-Pb -0.13 Fe+3+ 3e-Fe -0.04 2H++ e-H2-0.00 Sn+4+ 2e-Sn+2+0.15 Cu+2+ e-Cu++0.16 Cu+2+ 2e-Cu +0.34 I2(s) + 2e-2I-+0.54 Fe+3+ e-Fe+2+0.77 Ag++ e-Ag +0.80 Hg+2+ 2e-Hg +0.85 ClO- + H2O + 2e-Cl- + 2OH-+0.90 NO3- + 4H+ + 3e-NO + 2H2O +0.96 Br2+ 2e-2Br-+1.07 O2 + 4H+ + 4e-2H2O +1.23 Cr2O7-2 + 14H++ 6e-2Cr+3 + 7H2O +1.33 Cl2+ 2e-2Cl-+1.36 MnO4-2 + 8H+ + 5e-Mn+2 + 4H2O +1.49 F2+ 2e-2F-+2.87 פוטנציאלי חיזור תנאים סטנדרטיים: T=25C, 1 atm, 1M

4. אלקטרודת ייחוס • AgCl(s) + e-Ag(s) +Cl-(aq)E°* = +0.222V • על פי משוואת נרנסט: • E = 0.222 – 0.059log [Cl-] • שינוי ריכוז הכלורידים מזערי בתמיסה ולכן שומרת על פוטנציאל קבוע! • “Calomel”: Hg2Cl2(s) +2e-2Hg(l) + 2Cl- E° = +0.268V • מעבירה יונים בלבד בין התמיסה לבין חלל האלקטרודה המלא בתמיסה ומבודדת מעבר אלקטרונים

5. אלקטרודת אינדיקציה • אלקטרודת אינדיקציה • מתכת למדידת צמדי חימצון-חיזור, אלקט' אינרטית (פלטינה, זהב, פחם) פוטנציאל חיזור גבוה של המתכת/פחם ולכן אין הפרעה לתגובה ולמתח הנמדד • ממברנה סלקטיבית (זכוכית) (R> 1012 Ohm) מודדת הפרש פוטנציאל דרך קרום זכוכית דק, המגיב לשינוי בריכוז פרוטונים ומתאימה למדידת שינויי pH. המוליכות הנמדדת מתבססת על חילוף קטיונים (פרוטונים) בין הזכוכית לבין התמיסה משני צדי הממברנה • E = E°- 0.059log[H+] = E°+ 0.059pH

6. אלקטרודת זכוכית Ag/AgCl(s),Cl-(aq),H+(aq)/glass/test soln.//Cl-(aq),AgCl(s)/Ag

7. דוגמא • קביעת ריכוז ברזל ע"י טיטרציה עם דיכרומט : תהליך החימצון-חיזור המתרחש: 1. Ox: Fe2+  Fe3+ + e-E°= 0.771V 2. Red: Cr2O72- + 14H+ + 6e- 2Cr3+ + 7H2O E°=+1.232V Cr2O72- + 14H+ + 6Fe2+  2Cr3+ + 7H2O + 6Fe3+ E°=1.232-0.771=0.461V Experimental Setup תמיסת K2Cr2O7 Multimeter Burette Ag (s) Pt (s) AgCl (s) FeSO4 + HCl (aq)

8. 2 1 (נפח תמיסת K2Cr2O7 שהוספנו) K2Cr2O7הוספת תמיסת Fe2+ 1Fe3++ e-  Fe2+E°=0.771 V AgCl + e- Ag + Cl-E°*=0.222 V Fe3+ + Ag + Cl-  Fe2+ + AgCl E°*=0.549 V 2 Cr2O72- + 14H+ + 6e- 2Cr3+ + 7H2O E°=+1.232 V AgCl + e- Ag + Cl-E°*=+0.222 V Cr2O72-+ Ag + Cl-  Cr3+ + AgCl E0*=1.010 V

9. הטיטרציה מתבצעת ע"י טפטוף תמיסת הדיכרומט אל תוך תמיסת הברזל הדו-ערכי כאשר בתמיסה זו טבולות אלקטרודת הייחוס – Ag/AgCl ואלקטרודת פלטינה המשמשת אלקטרודת אינדיקציה ביחד עם תערובת שני חצאי התא הנ"ל. • תאור הפוטנציאל בתחילת הריאקציה ע"י משוואת נרנסט לברזל (ריכוז יוני הדיכרומט נמוך): • סביב הנק' האקויולנטית – מניפולציות בין שתי המשוואות ושימוש ביחסים סטויכיומטרים לקבלת ריכוז יוני כרום ומימן • אחרי נק' אקויולנטית תאור ע"י משוואת נרנסט ליוני הכרום.

10. בנקודה האקויולנטית: שני חצאי התא בשיווי משקל עם אלקטרודת הייחוס ולכן לשניהם אותו מתח נכפול ב 6 את המשוואה התחתונה ונחבר את שתיהן: בנקודה האקויולנטית, עקב קיום תגובה מושלמת מתקיימים היחסים: Cr2O72- + 14H+ + 6Fe2+  2Cr3+ + 7H2O + 6Fe3+ ולאחר הצבת היחסים: