آزمایشگاه آزاد؛ بدون نیاز به ورود
سلول گالوانی و اثر غلظت بر ولتاژ
دو نیم‌سلول رو با یک سیم و پل نمکی به هم وصل کن؛ حالا اگر غلظت یون‌ها عوض بشه، ولتاژ هم جابه‌جا می‌شه؟
آزمایش رو شروع کناز زوج روی و مس شروع کن. غلظت یون‌های آند و کاتد رو جداگانه تغییر بده و هر بار فقط یک چیز رو عوض کن تا دلیل تغییر ولتاژ رو پیدا کنی.
آزمایشگاه در حال آماده شدنه…
حالا خودت امتحان کن
هر بار فقط یک چیز رو تغییر بده تا اثرش رو ببینی. قبل از اجرا، نتیجه رو حدس بزن.
هر دو غلظت رو با هم بالا ببر
جفت روی و مس رو نگه دار. هر دو غلظت یون رو از ۰٫۱۱ به ۰٫۹۱ مول بر لیتر ببر و ولتاژ رو در دو حالت مقایسه کن.
حدست چیه؟ وقتی هر دو غلظت با هم زیاد می‌شن، ولتاژ سلول تغییر می‌کنه؟
توضیح نتیجه رو ببین
در هر دو حالت، نسبت غلظت یون روی به یون مس یکه؛ پس جملهٔ لگاریتمی صفر می‌شه و مدل حدود ۱٫۱ ولت نشون می‌ده. در این زوج، مهم نسبت غلظت‌هاست، نه این‌که هر دو به‌تنهایی چقدر باشن.
غلظت یون آند رو زیاد کن
هر دو غلظت رو روی ۰٫۱۱ مول بر لیتر بذار و ولتاژ زوج روی و مس رو ببین. بعد فقط غلظت یون آند رو به ۰٫۹۱ برسون و غلظت یون کاتد رو روی ۰٫۱۱ نگه دار.
حدست چیه؟ وقتی نسبت یون روی به یون مس بیشتر بشه، ولتاژ بالا می‌ره یا پایین می‌آد؟
توضیح نتیجه رو ببین
ولتاژ از ۱٫۱ به حدود ۱٫۰۷ ولت می‌رسه. در واکنش روی و مس، یون روی در فرآورده‌هاست؛ با زیاد شدن نسبت Q، جملهٔ نرنست مقدار بیشتری از ولتاژ استاندارد کم می‌کنه.
روی و مس یا آهن و مس؟
غلظت هر دو یون رو روی ۰٫۱۱ مول بر لیتر نگه دار. ولتاژ زوج روی و مس رو یادداشت کن؛ بعد فقط جفت فلزی رو به آهن و مس تغییر بده.
حدست چیه؟ با غلظت‌های برابر، کدوم جفت ولتاژ بیشتری نشون می‌ده؟
توضیح نتیجه رو ببین
مدل برای روی و مس حدود ۱٫۱ ولت و برای آهن و مس حدود ۰٫۷۸ ولت نشون می‌ده. چون نسبت غلظت‌ها برابر یکه، این تفاوت از ولتاژ استاندارد دو واکنش می‌آد.
پشت این حرکت چه خبره؟
سلول گالوانی انرژی رو چطور جابه‌جا می‌کنه؟
واکنش شیمیایی می‌تونه الکترون‌ها رو در سیم به حرکت دربیاره. در آند اکسایش رخ می‌ده و الکترون آزاد می‌شه؛ در کاتد کاهش رخ می‌ده و الکترون گرفته می‌شه. در زوج روی و مس، روی به یون روی تبدیل می‌شه و یون مس به فلز مس. پل نمکی هم کمک می‌کنه بار دو محلول به‌هم نخوره.
غلظت یون‌ها چرا ولتاژ رو عوض می‌کنه؟
E = E0 - (0.059/n)*log10(Q); Q = [Zn2+]/[Cu2+]
ولتاژ استاندارد یک مقدار مرجع برای واکنش موازنه‌شده‌ست. بیرون از حالت استاندارد، معادلهٔ نرنست ولتاژ رو با Q اصلاح می‌کنه. برای ساختن Q، غلظت مواد محلول رو با توانِ ضریب هر ماده در واکنش می‌ذاریم؛ فلزهای جامد وارد این نسبت نمی‌شن. برای زوج روی و مس، Q نسبت غلظت یون روی به یون مسه.
آند و کاتد چه فرقی دارن؟
آند همیشه جای اکسایش و کاتد جای کاهشه. در یک سلول گالوانی که واکنشش خودبه‌خود پیش می‌ره، الکترون‌ها در سیم از آند به کاتد حرکت می‌کنن. عدد غلظتی که برای هر سمت می‌بینی مربوط به یون حل‌شده‌ست، نه تکهٔ فلزی الکترود.
سؤالت رو بپرس، جوابش رو هم ببین
وقتی توی چت دربارهٔ یک مفهوم درس می‌خونی، دستیار هوش مصنوعی می‌تونه شبیه‌سازی مرتبط رو کنار توضیحش نشون بده. پارامترها رو تغییر می‌دی و با کمک توضیح بعدی، نتیجه رو بهتر می‌فهمی.
شروع یادگیری با چتبرای ادامه در چت، وارد مسیر شروع و ورود می‌شی. نتیجهٔ این آزمایش به چت منتقل نمی‌شه.
نمونهٔ نمایشی از آموزش در چت
چرا با زیاد کردن غلظت یون روی، ولتاژ زوج روی و مس کمتر شد؟
در این زوج، روی فلزی در آند اکسید می‌شه و یون روی وارد محلول می‌کنه. وقتی غلظت یون روی رو بالا می‌بری، Q هم بزرگ‌تر می‌شه؛ در معادلهٔ نرنست، این تغییر از ولتاژ استاندارد کم می‌کنه. فقط غلظت یک سمت رو عوض کن و بعد به نسبت Q نگاه کن تا علت تغییر رو جدا ببینی.
سؤال‌های رایج
آند همون قطب منفی سلوله؟
در سلول گالوانی معمولی، آند قطب منفی و جای اکسایشه؛ کاتد قطب مثبت و جای کاهشه. تعریف آند و کاتد با نوع واکنش مشخص می‌شه، نه فقط با علامت قطب.
الکترون‌ها در سیم به کدوم سمت می‌رن؟
در سلول گالوانی، الکترون‌ها از آند به کاتد می‌رن. پل نمکی مسیر حرکت الکترون نیست؛ به متعادل موندن بار محلول‌ها کمک می‌کنه.
ولتاژ استاندارد یعنی ولتاژ هر غلظتی؟
نه. ولتاژ استاندارد مقدار مرجع واکنشه. برای شرایطی که غلظت یون‌ها با حالت استاندارد فرق داره، معادلهٔ نرنست ولتاژ رو اصلاح می‌کنه. این ویجت دما رو هم ثابت و برابر ۲۵ درجهٔ سلسیوس می‌گیره.
برای همهٔ جفت‌های فلزی، Q فقط نسبت دو غلظته؟
نه؛ Q از واکنش موازنه‌شده ساخته می‌شه و ضرایب مواد، توان غلظت‌ها رو تعیین می‌کنن. گزینهٔ نقره و مس در این ویجت این نسبت و تعداد الکترون‌ها رو درست حساب نمی‌کنه، پس از خروجی اون برای نتیجهٔ دقیق استفاده نکن.
ولتاژ زوج منیزیم و روی قابل اعتماده؟
عدد پایهٔ این زوج در ویجت با اختلاف پتانسیل‌های استاندارد منیزیم و روی جور درنمیاد. برای مقایسهٔ عددی، از زوج‌هایی مثل روی و مس یا آهن و مس استفاده کن.