العلومالكيمياءالكيمياء التحليلية

قطب الهيدروجين المعياري

قطب الهيدروجين المعياري هو قطب مرجعي يمكن استخدامه لمعرفة جهد الاختزال المعياري لقطبي الخلية الغلفانية، وذلك عندما يكون تركيز المذاب 1مول/لتر وضغط الغاز يكون واحد ضغط جوي (1.ض.ج) ودرجة الحرارة تساوي (25 درجة س لسيوس).

 

ماهية قطب الهيدروجين المعياري

 

لا يوجد وسيلة معروفة لقياس جهد قطب منفرد، لكن ما يتم قياسه هو جهد الخلية الكلي (القوة الدافعة الكهربائية)، لذلك تم التفكير في تحديد قطب مرجعي يمكن استخدامه مع أي قطب أخر؛ لتكوين خلية غلفانية وبهذا فإنهُ عند قياس جهد الخلية ومعرفة جهد القطب المرجعي، يمكن حساب جهود الأقطاب الأخرى.

 

تم اختيار قطب الهيدروجين المعياري كقطب مرجعي، لأن عنصر الهيدروجين متوسط في نشاطه مقارنةً بالعناصر الأخرى مما يسهل استخدامه كمصعد أو مهبط، حيث أن جهد تأكسده أو اختزاله في الظروف المعيارية يساوي صفراً، كما في أنصاف المعادلات التالية:

 

نصف معادلة تأكسد الهيدروجين: H_{2} \rightarrow 2H^{+} +2e^{-}، حيث جهد تأكسد الهيدروجين في المعادلة يساوي صفراً ونرمز للجهد بهذا الرمز  (Eْ) وهنا نعبر عنه رياضياً (E ْ=صفراً). نصف معادلة اختزال الهيدروجين: 2H^{+} +2e^{-} \rightarrow H_{2}، حيث جهد اختزال الهيدروجين يساوي أيضاً صفراً، ( Eْ =صفراً).

 

مكونات قطب الهيدروجين المعياري

 

  • صفيحة من البلاتين (platinum) مغموسة في محلول حمضي، تركيز أيونات الهيدروجين فيه (1) مول/لتر، وظيفة القطعة الرقيقة من صفيحة البلاتين هو توفير مساحة سطح كبيرة لحدوث التفاعل.

 

  • يُضخ على هذه الصفيحة غاز بضغط مقداره (1.ض.ج)، عند درجة حرارة تساوي (25 سْ)، دائماً هذا القطب مقداره يساوي صفراً، سواء حصل عنده تأكسد أو اختزال، أي أن جهد تأكسده أو جهد اختزاله يساوي صفراً.

 

مسائل حسابية على قطب الهيدروجين المعياري

 

مثال (1): تم تكوين خلية غلفانية تتكون من قطب الهيدروجين المعياري وقطب الفضة، وقد وجد أن قيمة  Eْ للخلية يساوي (+0.80) فولت، إذا علمت أن قطب الفضة هو القطب الموجب في الخلية، أجب عما يلي:

1- تحديد قطب المصعد والمهبط في الخلية؟

2- جد أنصاف المعادلات التي تحدث عند كل قطب؟

3- جد معادلة التفاعل الكلي؟

4- إيجاد قيمة جهد الاختزال المعياري للفضة؟

 

الحل: بما أن قطب الفضة هو القطب الموجب هنا يعني أنهُ حصل اختزال لأيونات الفضة.

1-  قطب المصعد: قطب الهيدروجين المعياري، قطب المهبط: الفضة.

2- نصف معادلة التأكسد: H_{2} \rightarrow 2H^{+} +2e^{-}، نصف معادلة الاختزال: Ag^{+} +e^{-} \rightarrow Ag.

3- معادلة التفاعل الكلي: H_{2} +2Ag^{+} \rightarrow 2H^{+} +2Ag.

 

ولحساب جهد الاختزال المعياري للفضة Ag، نطبق قانون جهد الخلية الكلي، الذي يعبر عنه كالتالي: جهد الخلية الكلي = جهد قطب التأكسد للهيدروجين + جهد الاختزال للفضة، Eْ الخلية الكلية = جهد قطب التأكسد H_{2}  + جهد قطب الاختزال Ag، وبالتعويض بالقانون نحصل على: (0.80)= صفر + جهد قطب الاختزال Ag، إذن جهد الاختزال المعياري Ag =(+0.80) فولت.

 

مثال (2): تفاعلات لخلايا غلفانية جهودها المعيارية ممثلة بالمعادلات التالية:

Zn + Ni^{+2} \rightarrow Zn^{+2} +Ni، Eْ =(+0.53) فولت.

Zn + 2H^{+} \rightarrow Zn^{+2} +H_{2}، Eْ =(0.76) فولت.

1- ما هي قيمة جهد نصف التفاعل للمعادلة التالية: Ni^{+2} +2e^{-} \rightarrow Ni.

2- ما هي قيمة جهد الخلية الكلي المعياري للمعادلة الغلفانية التالية: Ni +2H^{+} \rightarrow Ni^{+2} +H_{2}.

 

الحل: من المعادلة الثانية نلاحظ أنه حصل له تأكسد، وجهد تأكسده يساوي (0.76)، إذن Eْ =(0.76) لنصف التفاعل Zn \rightarrow Zn^{+2} +2e^{-}، لأن جهد اختزال الهيدروجين يساوي صفر، إذاً:

 

1- Eْ للخلية الكلية =جهد تأكسد Zn  + جهد اختزال Ni، من المعادلة الأولى وبالتعويض نحصل على: (0.53)=(0.76) + جهد اختزال قطب Ni، إذن اختزال قطب Ni = (0.53) – (0.76) =(-0.23)، وEْ =(-0.23)، لنصف التفاع Ni^{+2} +2e^{-} \rightarrow Ni.

 

2- Eْ للخلية الكلية = جهد تأكسد المعياري Ni + جهد الاختزال المعياري H_{2}، Eْ للخلية الكلية= (0.23) + صفر = (0.23) فولت.

 

المصدر
الكيمياء التحليلي، التحليل الطيفي، الجزء الأول ، أ-كريش كوف كتاب أسس الكيمياء التحليلية، دوغلاس أ.سكوج، 1986م كتاب الكيمياء التحليلية العملي، جون إج كندي، 2019م كتاب المختصر في حل مسائل الكيمياء التحليلية أ. د منذر سليم عبد اللطيف، 2019م

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

زر الذهاب إلى الأعلى