25 ^\circC ve 1 atm basınçta bulunan yukarıdaki derişim pil düzeneği verilmiştir.
Pile sabit sıcaklıkta,
I. 1. kaba 100 mL saf su eklemek
II. 2. kaba eşit hacimde 1 M Cu(NO_{3})_2 çözeltisi eklemek
işlemleri ayrı ayrı uygulanmaktadır.
Buna göre pil ile ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi yanlıştır?
A) I. işlemde, 1. kap anot elektrot olur.
B) II. işlemde, elektronlar 1. kaptan 2. kaba doğru akar.
C) I. işlemde, 1. kabın elektrolit derişimi azalır.
D) II.işlemde pilde potansiyel oluşmaz.
E) I.işlemde pilde potansiyel oluşur.
Elektrokimyasal Derişim Pillerinde Potansiyel ve Çalışma İlkeleri
KULLANILAN FORMÜL / KURAL: Elektrotları ve çözeltileri aynı olan derişim pillerinde pilin çalışabilmesi için yarı hücrelerdeki iyon derişimlerinin farklı olması gerekir. Derişimi küçük olan yarı hücre anot, derişimi büyük olan yarı hücre ise katot olarak davranır; derişimler eşit olduğunda pil potansiyeli sıfır (E_{\text{pil}} = 0) olur ve elektron akışı gerçekleşmez.
ÇÖZÜM VE SEÇENEK ANALİZİ
Başlangıçta her iki kapta da [Cu^{2+}] = 1\text{ M} olduğundan pil çalışmaz (E_{\text{pil}} = 0\text{ V}).
- I. İşlem Analizi: 1. kaba saf su eklendiğinde çözelti hacmi artar ve [Cu^{2+}] derişimi 1\text{ M}'den 0{,}5\text{ M}'ye düşer. Derişimi azalan 1. kap anot, 2. kap (1\text{ M}) katot olur. Derişim farkı oluştuğu için pil potansiyeli (E_{\text{pil}} > 0) meydana gelir.
- II. İşlem Analizi: 2. kaba aynı derişimde (1\text{ M}) çözelti eklendiğinde çözeltinin molar derişimi değişmez (1\text{ M} kalır). Her iki kabın derişimi hâlâ eşit ([Cu^{2+}]_1 = [Cu^{2+}]_2 = 1\text{ M}) olduğundan potansiyel fark oluşmaz, pil çalışmaz ve elektron akışı gerçekleşmez.
Seçeneklerin Değerlendirilmesi:
- A) Doğru; I. işlemde 1. kabın derişimi küçüldüğü için anot elektrot olur.
- B) Yanlış; II. işlem sonucunda her iki kapta da derişim 1\text{ M} olarak kalır. Derişim farkı oluşmadığından pil çalışmaz ve elektron akışı meydana gelmez.
- C) Doğru; su ilavesi hacmi artırıp Cu^{2+} iyon derişimini azaltır.
- D) Doğru; derişimler eşit kaldığı için pil gerilimi sıfırdır.
- E) Doğru; derişimler farklılaştığı için Nernst eşitliğine göre gerilim oluşur.
CEVAP: B) II. işlemde, elektronlar 1. kaptan 2. kaba doğru akar.
SINAV NOTU / PÜF NOKTASI: Derişim pillerinde çözelti hacminin tek başına pil gerilimine etkisi yoktur; belirleyici olan faktör çözeltilerin molar derişimleridir. Bir kaba aynı derişimde çözelti eklemek derişimi değiştirmediği için pili aktif hâle getirmez.