1.2 - Keupayaan Elektrod Piawai

Sel Setengah dan Keadaan Piawai

• Sel setengah terdiri daripada elektrod yang bersentuhan dengan elektrolit yang mengandungi ionnya. Keupayaan elektrod ialah beza keupayaan pada keseimbangan antara logam dan larutan yang mengandungi ionnya. Keupayaan satu elektrod tidak dapat diukur secara langsung; pengukuran dibuat terhadap sel setengah rujukan.

• Keupayaan elektrod piawai, $E^0$, diukur relatif kepada elektrod hidrogen piawai pada:

  • kepekatan ion $1.0\mathrm{mol}\mathrm{d}{\mathrm{m}}^{-3}$;
  • tekanan gas $1\mathrm{atm}$ atau $101\mathrm{kPa}$;
  • suhu $25{}^{\circ }\mathrm{C}$ atau $298\mathrm{K}$;
  • elektrod platinum lengai jika sel setengah tidak mempunyai elektrod pepejal pengalir.

• Elektrod hidrogen piawai menggunakan platinum, gas hidrogen pada $1\mathrm{atm}$ dan larutan ${\mathrm{H}}^{+}$ $1.0\mathrm{mol}\mathrm{d}{\mathrm{m}}^{-3}$: $2{\mathrm{H}}^{+}(\mathrm{ak})+2{\mathrm{e}}^{-}\rightleftharpoons {\mathrm{H}}_2(\mathrm{g})E^0=0.00\mathrm{V}$

• Titian garam melengkapkan litar dan mengekalkan kenutralan elektrik melalui pergerakan ion.

• Salutan platinum(IV) oksida pada elektrod hidrogen meningkatkan luas permukaan untuk menjerap hidrogen dan meningkatkan sentuhan dengan ion hidrogen.

• Bagi zink, sambungkan elektrod zink dalam larutan ion zink $1.0\mathrm{mol}\mathrm{d}{\mathrm{m}}^{-3}$ kepada elektrod hidrogen melalui titian garam yang mengandungi kalium nitrat tepu. Voltmeter menunjukkan $0.76\mathrm{V}$; elektron mengalir daripada zink kepada platinum.

Siri Keupayaan Elektrod Piawai

• Semua persamaan sel setengah dalam siri $E^0$ ditulis sebagai penurunan.
• Nilai $E^0$ menunjukkan kecenderungan menerima atau membebaskan elektron:
  • lebih positif $\to$ lebih mudah menerima elektron dan diturunkan; agen pengoksidaan lebih kuat;
  • lebih negatif $\to$ bentuk terturun lebih mudah membebaskan elektron dan dioksidakan; agen penurunan lebih kuat.
• Bagi $\mathrm{Z}{\mathrm{n}}^{2+}+2{\mathrm{e}}^{-}\rightleftharpoons \mathrm{Zn}$, $E^0=-0.76\mathrm{V}$. Apabila dipasangkan dengan elektrod hidrogen piawai, zink menjadi terminal negatif dan dioksidakan.
• Untuk meramal tindak balas spontan, pilih sel setengah dengan $E^0$ lebih positif bagi penurunan dan songsangkan persamaan satu lagi bagi pengoksidaan. Seimbangkan elektron sebelum menjumlahkan persamaan.

Keupayaan Penurunan Piawai

Setengah persamaan penurunan	$E^0$ / V (298 K)
$\mathrm{L}{\mathrm{i}}^{+}+{\mathrm{e}}^{-}\rightleftharpoons \mathrm{Li}$	$-3.04$
${\mathrm{K}}^{+}+{\mathrm{e}}^{-}\rightleftharpoons \mathrm{K}$	$-2.92$
$\mathrm{C}{\mathrm{a}}^{2+}+2{\mathrm{e}}^{-}\rightleftharpoons \mathrm{Ca}$	$-2.87$
$\mathrm{N}{\mathrm{a}}^{+}+{\mathrm{e}}^{-}\rightleftharpoons \mathrm{Na}$	$-2.71$
$\mathrm{M}{\mathrm{g}}^{2+}+2{\mathrm{e}}^{-}\rightleftharpoons \mathrm{Mg}$	$-2.38$
$\mathrm{A}{\mathrm{l}}^{3+}+3{\mathrm{e}}^{-}\rightleftharpoons \mathrm{Al}$	$-1.66$
$\mathrm{Z}{\mathrm{n}}^{2+}+2{\mathrm{e}}^{-}\rightleftharpoons \mathrm{Zn}$	$-0.76$
$\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+}+2{\mathrm{e}}^{-}\rightleftharpoons \mathrm{Fe}$	$-0.44$
$\mathrm{N}{\mathrm{i}}^{2+}+2{\mathrm{e}}^{-}\rightleftharpoons \mathrm{Ni}$	$-0.25$
$\mathrm{S}{\mathrm{n}}^{2+}+2{\mathrm{e}}^{-}\rightleftharpoons \mathrm{Sn}$	$-0.14$
$\mathrm{P}{\mathrm{b}}^{2+}+2{\mathrm{e}}^{-}\rightleftharpoons \mathrm{Pb}$	$-0.13$
$2{\mathrm{H}}^{+}+2{\mathrm{e}}^{-}\rightleftharpoons {\mathrm{H}}_2$	$0.00$
$\mathrm{C}{\mathrm{u}}^{2+}+2{\mathrm{e}}^{-}\rightleftharpoons \mathrm{Cu}$	$+0.34$
${\mathrm{O}}_2+2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}+4{\mathrm{e}}^{-}\rightleftharpoons 4O{\mathrm{H}}^{-}$	$+0.40$
${\mathrm{I}}_2+2{\mathrm{e}}^{-}\rightleftharpoons 2{\mathrm{I}}^{-}$	$+0.54$
$\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{3+}+{\mathrm{e}}^{-}\rightleftharpoons \mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+}$	$+0.77$
$\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}+{\mathrm{e}}^{-}\rightleftharpoons \mathrm{Ag}$	$+0.80$
$\mathrm{B}{\mathrm{r}}_2+2{\mathrm{e}}^{-}\rightleftharpoons 2B{\mathrm{r}}^{-}$	$+1.07$
$\mathrm{C}{\mathrm{r}}_2{\mathrm{O}}_7^{2-}+14{\mathrm{H}}^{+}+6{\mathrm{e}}^{-}\rightleftharpoons 2C{\mathrm{r}}^{3+}+7{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$	$+1.33$
$\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2+2{\mathrm{e}}^{-}\rightleftharpoons 2C{\mathrm{l}}^{-}$	$+1.36$
$\mathrm{Mn}{\mathrm{O}}_4^{-}+8{\mathrm{H}}^{+}+5{\mathrm{e}}^{-}\rightleftharpoons \mathrm{M}{\mathrm{n}}^{2+}+4{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$	$+1.52$
${\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_2+2{\mathrm{H}}^{+}+2{\mathrm{e}}^{-}\rightleftharpoons 2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$	$+1.77$
${\mathrm{S}}_2{\mathrm{O}}_8^{2-}+2{\mathrm{e}}^{-}\rightleftharpoons 2S{\mathrm{O}}_4^{2-}$	$+2.01$
${\mathrm{F}}_2+2{\mathrm{e}}^{-}\rightleftharpoons 2{\mathrm{F}}^{-}$	$+2.87$

• Kuprum bertindak balas dengan argentum nitrat: $\mathrm{Cu}+2A{\mathrm{g}}^{+}\to \mathrm{C}{\mathrm{u}}^{2+}+2Ag$, kerana $E^0(\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}/Ag)=+0.80\mathrm{V}$ lebih positif daripada $E^0(\mathrm{C}{\mathrm{u}}^{2+}/Cu)=+0.34\mathrm{V}$. Ion argentum ialah agen pengoksidaan; kuprum ialah agen penurunan.
• Kuprum tidak menyesarkan magnesium daripada magnesium nitrat: $E^0(\mathrm{M}{\mathrm{g}}^{2+}/Mg)=-2.38\mathrm{V}$, maka ion magnesium ialah agen pengoksidaan lebih lemah berbanding ion kuprum(II).