Nernstsche Gleichung < Chemie < Naturwiss. < Vorhilfe
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(Frage) beantwortet  | | Datum: | 20:24 Do 28.06.2007 | | Autor: | SusaSch |
Hallöchen
Wie soll es anders sein >nächste woche steht wieder eine chemie klausur an. Und nun geht das drama in die 2te runde.
Es geht um die nernstsche gleichung.
U = U0 + 0.059/z * lgcOx/cRed
Is ja ne schöne formel. Erstmal eine frage dazu. Ist das da hinter dem lg das massewirkungsgesetz? Hab bis jetzt eben immer die gleichung der zelle hingeschrieben z.B.
Zn > Zn^(2+) + 2e^(-)
und habe geschaut was von beidem das Oxidationsmittel und welches das Reduktionsmittel ist. Aber irgendwie sieht das wies MWG aus.
Das andere Problem ist die nerstsche gleichung mit druckveränderung. Haben da folgende aufgabe im heft.
Fe^(2+) (0,1M) / Fe^(3+) (0,2M) //H2 (p = 2000mbar) / H^(+) (0,1M)
H^(+) + e^(-) > 1/2 H2
U = U0 + 0,059V /1 * lg ( [H^(+)] /1M) / ((p(H2) / (1013mbar)^(1/2))
...
=0V + 0,059 V * lg [mm] (0,1/\wurzel{2000/1013}
[/mm]
= -0,068 V
.....
So das problem ist > was macht der druck in der N-Gleichung. Und was macht der an der stelle wo er steht. Und warum muss man da ^(1/2) machen (klar steht in der gleichung, aber warum bei anderen aufgaben nicht). Was ist das 1Mol unter der H^+ Konzentration? Die Konzentration des Red-Mittels ( also H2)?
Vielen dank schon im vorraus
LG Susi
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Hallo Susasch,
ja, genau. Wenn Du deine Redoxgg(halb)gleichungen vereinbarungsgemäß so hinschreibst, dass links die reduzierte Spezies und rechts die oxidierte Form plus Elektronen steht, dann hast Du in der Nernstschen Gleichung einer Halbzelle hinter dem Logarithmus immer das MWG stehen.
Zu deinem 2. Problem: Wenn Du eine Halbzelle
[mm] H_{2}(p [/mm] = 2000 mbar) / [mm] H^{+} [/mm] (c = 0,1 mol/l)
und Du schreibst die Reaktion, wie bei Dir, als
1/2 [mm] H_{2} [/mm] <--> [mm] H^{+} [/mm] + [mm] e^{-}
[/mm]
dann sollte es Dir geläufig sein, dass die stöchiometrischen Koeffizienten als Exponenten im MWG auftauchen. Da der Gasdruck von 1013 mbar bei 25°C (wenn ich mich nicht irre) einer Gaselektrode als 1 definiert ist, bekommt der Ausdruck im Nenner also einen Exponenten 1/2 verpasst, bzw. eine Wurzel:
U = 0 V + 0,059 V / 1 * [mm] lg\left(0,1 / \left(\bruch{2000}{1013} \right)^{[red]1/2[/red]} \right)
[/mm]
Würdest Du die Reaktion so schreiben:
1 [mm] H_{2} [/mm] <--> 2 [mm] H^{+} [/mm] + 2 [mm] e^{-}
[/mm]
so fiele die Wurzel im Nenner des MWG der Halbreaktion zwar weg, dafür hättest Du aber bei der [mm] H^{+}-Ionenkonzentration [/mm] ein Quadrat und bei dem Faktor 0,059 V einen Nenner 2.
Da in der anderen Halbzelle aber nur ein Elektron vom [mm] Fe^{2+} [/mm] auf das [mm] Fe^{3+} [/mm] übergeht, bzw. ein Elektron vom [mm] Fe^{3+} [/mm] aufgenommen wird, ist die Wurzelschreibweise korrekt.
Frage 3:
Unter der [mm] H^{+}-Ionenkonzentration [/mm] steht ein M, d. h. molar, also mol/l. Durch die Einheit mol/l wird die KOnzentration dividiert, da ein dekadischer Logarithmus einer Konzentration keinen Sinn macht.
Im Nenner heben sich die Einheiten ja eh weg, da ein Druck durch einen anderen dividiert wird.
LG, Martinus
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 01:22 Fr 29.06.2007 | | Autor: | SusaSch |
Hallo
Habs soweit verstanden > jetzt wo ich weiß das es sich ums MWG handelt is einiges klarer. Aber ich weiß immer noch nicht was der Druck in der gleichung zu suchen hat.
Fe^(2+) (0,1M) / Fe^(3+) (0,2M) //H2 (p = 2000mbar) / H^(+) (0,1M)
H^(+) + e^(-) > 1/2 H2
U = U0 + 0,059V /1 * lg ( [H^(+)] /1M) / ((p(H2) / (1013mbar)^(1/2))
...
--------------------------------------------------------
[H^(+)] /1M) / ((p(H2) / (1013mbar)^(1/2))
Ist dieser ganze ausdruck das MWG?
Ist der zähler (
[H^(+)] /1M) ) die Oxidationsmittelkonzentration und der nenner ( ((p(H2) / (1013mbar)^(1/2))
also der druck) die Konzentration des Reduktionsmittels? Is zwar unlogisch aber so ist die gleichung doch eigentlich lg c (ox/Red). Also müsste der druck doch was mit der konzentraton zu tun haben.
Vll kannst du mir das nochmal erklären.
LG Susi
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Hallo Susasch,
nun, der Druck des Wasserstoffs hängt ja direkt mit der Konzentration des an die platinierte Platinelektrode adsorbierten Wasserstoffs [mm] PtH_{ads.} [/mm] in der Normalwasserstoffelektrode zusammen. Das man den Atmosphärendruck genommen hat, und ihn als gleich 1 im MWG definiert hat, ist halt als historische Gegebenheit hinzunehmen. Das ist gewissermaßen Definitionssache. Irgendwie musst Du ja dem Gasdruck Rechnung tragen.
Wenn Du nun deine Apparatur in eine Druckkammer stellst, und den Luftdruck darinnen auf z.B. 2 bar erhöhst und dann Wasserstoff über deine Elektrode perlen lässt, so adsorbiert das platinierte Platin auch mehr Wasserstoff, d. h. die "Konzentration" des Wasserstoffs im MWG hat sich erhöht.
Je nachdem wie deine andere Halbzelle ausschaut (wieviel Elektronen sie aufnimmt oder abgibt), geht dann der Quotient aus dem aktuellen Druck und dem Normaldruck mit einem entsprechendem Exponenten, der aus der ausgeglichenen Gesamtredoxgleichung folgt, in das MWG ein.
2. Frage:
[mm] [H^{+}]/M [/mm] / [mm] (p(2)/1013mbar)^{1/2}
[/mm]
Ich muss mich hier korrigieren: dieser Ausdruck ist die spezielle Form des MWG für die Nernstsche Gleichung für die Halbgleichung: 1/2 [mm] H_{2} [/mm] <--> [mm] H^{+} [/mm] + [mm] e^{-}, [/mm] wobei der Standarddruck definitionsgemäß als 1 in das MWG eingeht.
Bei einem normalen MWG mit einer Gasreaktion müsstest Du, unter der Annahme, dass es sich um ein ideales Gas handelt, den Druck folgendermaßen in eine Konzentration umrechnen:
[mm]p*V = n*R*T[/mm]
[mm]\bruch{n}{V}=\bruch{p}{R*T}[/mm]
[mm] \bruch{n}{V} [/mm] ist nun eine Konzentrationsangabe in [mm] mol/m^{3}; [/mm] wenn Du eine Angabe in mol/l möchtest, musst Du mit [mm] 10^{-3} [/mm] multiplizieren.
So rechnet man allgemein [mm] K_{p} [/mm] in [mm] K_{c} [/mm] um; d. h. eine Gleichgewichtskonstante einer Gasreaktion in die Konzentrationskonstante.
Man umgeht mit der Definition in der Nernstschen Gleichung gewisse Schwierigkeiten, zum einen diese Umrechnung, und zum anderen die Tatsache, dass es im eigentlichen Sinne ja keine Konzentration des elementaren Wasserstoffs in der Säurelösung gibt, sondern dass dieser an ein Metall in der Säurelösung adsorbiert vorliegt.
Frage 3:
Ob der Zähler [mm] ([H^{+}]/M) [/mm] ein Oxidationsmittel oder der Nenner [mm] (p(H_{2}/1013 mbar)^{1/2} [/mm] ein Reduktionsmittel ist, hängt alleine von der zweiten Halbzelle ab, ob diese ein Potential > -0,07 V oder < -0,07 V aufweist.
In deinem Falle ist ja die andere Zelle eine Konzentrationshalbzelle aus [mm] Fe^{3+} [/mm] und [mm] Fe^{2+}, [/mm] die gegenüber der Wasserstoffelektrode oxidierend wirkt [mm] (U(Fe^{3+}/Fe^{2+}) [/mm] = +0,79 V) .
Reduktionsmittel ist hier also [mm] H_{2}, [/mm] Oxidationsmittel hingegen [mm] Fe^{3+}.
[/mm]
LG, Martinius
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 15:19 Fr 29.06.2007 | | Autor: | SusaSch |
Hallo
vielen dank für deine ausführlich antwort, aber ich muss langsam einsehn, dass chemie nicht meine welt ist. Ich verstehs einfach nicht.
Zu 3tens) Das verwirrt mich. Warum soll das von der anderen Zelle abhängen was da Oxidationsmittel und was Reduktionsmittel ist.
H^+ + e^- > 1/2 H2
Ich dachte man muss einfach nur die gleichung der halbzelle aufstellen und das, was das Elektron aufnimmt ist das Ox und das andere das Reduktionsmittel.
ich verzwifel förmlich an dem was in meinem heft steht.
LG Susi
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Hallo Susasch,
Bleiben wir mal bei deinem Beispiel. Wenn Du die Wasserstoffhalbzelle in Betrieb setzt und sie an die Eisenionenkonzentrationshalbzelle elektrisch anschließt, fließt ein Elektronenstrom von der Wasserstoffhalbzelle zur Eisenionenhalbzelle. Dabei finden folgende Reaktionen statt:
1/2 [mm] H_{2} [/mm] --> [mm] H^{+} [/mm] + [mm] e^{-}
[/mm]
[mm] Fe^{3+} [/mm] + [mm] e^{-} [/mm] --> [mm] Fe^{2+}
[/mm]
----------------------------------------
1/2 [mm] H_{2} [/mm] + [mm] Fe^{3+} [/mm] --> [mm] H^{+} [/mm] + [mm] Fe^{2+}
[/mm]
Die sich in der Säurelösung der Wasserstoffhalbzelle bereits befindenden [mm] H^{+}-Ionen [/mm] sind an der Redoxreaktion gar nicht beteiligt (mal abgesehen von ihrer Auswirkung auf das Potential der Halbzelle). In dieser Halbzelle wird nur Wasserstoff zu Protonen oxidiert. Wasserstoff ist das Reduktionsmittel der stattfindenden Redoxreaktion.
In der Eisenionenhalbzelle sind die sich bereits in der Lösung befindenden [mm] Fe^{2+}-Ionen [/mm] nicht an der Redoxreaktion beteiligt (mal abgesehen von ihrer Auswirkung auf das Potential der Halbzelle). In dieser Halbzelle werden nur Eisen(III)ionen reduziert. Eisen(III)ionen sind das Oxidationsmittel der stattfindenden Redoxreaktion.
Reduktion und Oxidation finden in zwei räumlich getrennten Halbzellen statt. Daher auch der Begriff der Halbzelle.
LG, Martinius
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 16:05 Fr 29.06.2007 | | Autor: | SusaSch |
Hallo
Also was Ox- Reduktionsmittel sind habe ich schon verstanden. Auch die galvanische zelle an sich ist nicht das problem. Probleme gabs erst mit der nernstschen gleichung. Mal ein anderes ( einfacheres Bsp.).
Zn / Zn^(2+) (0,1M) // Cu/Cu ^(2+) (0,1m)
U ( Zn / Zn^(2+) (0,1M)) = -0,76V + 0,059V/2 * lg0,1
= - 0,79V
U ((CU/Cu^82+) (0,1M)) = 0,34V + 0,0059V/2 * lg 0,1
= 0,34V
Also nochmal ganz von anfang. die gleichung ist soweit ich das verstanden habe dazu da potentiale von halbzellen zu errechnen, die nicht ne "lösung" mit ner konzentration von 1M haben.
U = U0 + 0,059V / z * lg (ox/Red)
So Uo kann man aus der Standartpotentialtabelle ablesen.
[mm] U0(Zn/Zn^2+) [/mm] = -0,76V
U0 ( Cu/Cu^(2+) = 0,34V
z sind die übertragenen ionen.
Also würde ich sagen setllt man erstmal für beide halbzellen die HRKK auf:
Zn > Zn^(2+) +2e^(-) Oxidation
Cu^(2+) + 2e^(-) > CU Reduktion
---------------------------------
Zn + Cu^(2+) > Zn^(2+) + Cu
Daraus geht hervor z = 2.
Su und jetzt der "dumme lg > den ich nicht verstehe. Wo hole ich mir denn jetzt das Oxidationsmittel und das Reduktionsmittel her.
Nachdem was ich weiß , wäre hier ja Zn das Reduktionsmittel und die Kupferionen das Oxidationsmittel. Aber so kommt das ja nicht in die gleichung. Sonst würde sie so lauten.
U = U0+ 0,059/2 *lg [Cu^(2+)] /[Zn]
Man muss doch beide Zellen seperat anschauen. Wo ist denn mein denkfehler. Wie kommt man aufs Ox und Red das ich dann in die gleichung einsetzen muss?
LG Susi
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Hallo Susasch,
Also, mit dem Reduktionsmittel (= Zn) und Oxidationsmittel(= [mm] Cu^{2+}) [/mm] liegst Du natürlich richtig.
Auch dass man die beiden Halbzellen separat anschauen und jeweils mit der Nernstschen Gleichung berechnen muss ist richtig.
Ich habe den Eindruck, Du verwechselst die beiden Begriffe Oxidationsmittel und oxidierte Form, bzw. Reduktionsmittel und reduzierte Form.
Zn-Halbzelle: (Reduktionsmittel = Zn)
reduzierte Form des Elektrolyten: Zn
oxidierte Form des Elektrolyten: [mm] Zn^{2+}
[/mm]
[mm]U = U_{0} +\bruch{0,059V}{n}*\bruch{oxidierte Form}{reduzierte Form}[/mm]
[mm]U = -0,76V +\bruch{0,059V}{2}*\bruch{0,1}{1}[/mm]
U = -0,79 V
Cu-Halbzelle: (Oxidationsmittel = [mm] Cu^{2+})
[/mm]
reduzierte Form des Elektrolyten: Cu
oxidierte Form des Elektrolyten: [mm] Cu^{2+}
[/mm]
[mm]U = U_{0} +\bruch{0,059V}{n}*\bruch{oxidierte Form}{reduzierte Form}[/mm]
[mm]U = 0,34V +\bruch{0,059V}{2}*\bruch{0,1}{1}[/mm]
[mm]U = 0,31 V[/mm]
Metalle im elementarem Zustand werden per definitionem gleich 1 gesetzt (im MWG der Nernstschen Gleichung).
LG, Martinius
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 18:55 Fr 29.06.2007 | | Autor: | SusaSch |
Hallo
Also wenn du mir jetzt sagst, dass die gleichung eigentlich so heißt:
U = U0 +0,059/z *lg (oxidierte form/reduzierte form)
Man demnach die 2 gleichungen aufstellen muss
Zn > Zn^(2+) +2e^-
Cu^(2+) + 2e^- > Cu
und darin jeweils die oxidierte und die reduzierte form bestimmen muss. Und das dann hinten beim lg eingesetzt werden muss ( bei jeder zelle einzeln versteht sich).
Wenn das so ist, dann muss ich eindeutig schreien :). Und ein paar schläge auf den hinterkopf könnte ich dann auch vertragen. Manchmal frage ich mich wie groß der schlauch ist, auf dem ich stehe.
LG Susi
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Ich nehme an, die Frage ist beantwortet.
LG, Martinius
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(Mitteilung) Reaktion unnötig  | | Datum: | 21:58 Fr 29.06.2007 | | Autor: | SusaSch |
Ja ist beantwortet vielen dank
lg susi
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 23:25 Fr 29.06.2007 | | Autor: | SusaSch |
Huhu
Ok wo jetzt die grundlegenden frage geklärt sind wieder zu dem druck problem. Kann das sein, dass bei der gleichung( also auch bei dieser einfachen aufgabe ) schon irgendwo der druck mit drinnen steckt, man ihn aber weil es normalbedingungen sind weglässt? Und daher bei der aufgabe wo angegeben ist, dass der druck nicht "normal" ist, er erst dann in der formael erscheint? Hoffe man versteht was ich meine.
LG Susi
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Hallo Susasch,
es ist, wie schon erwähnt, reine Definitionssache, dass der Druck bei Normalbedingungen als 1 im MWG der Nernstschen Gleichung auftaucht.
Liegt deiner Redoxreaktion eine Gleichung zugrunde, bei der 1 Elektron ausgetauscht wird,
1/2 [mm] H_{2} [/mm] <--> [mm] H^{+} [/mm] + [mm] e^{-}
[/mm]
so taucht in der Nernstschen Gleichung der Exponent 1/2 (bzw. eine Wurzel) auf. Bei 1013 mbar Gasdruck also:
[mm]U = U_{0} + 0,059V*lg\bruch{[H^{+}]}{\wurzel{1}}[/mm]
In der Aufgabe wo der Druck nicht "normal" ist, musst Du ihn mit einem Dreisatz zur "1" des Normaldrucks ins Verhältnis setzen:
[mm]\bruch{1}{1013mbar}=\bruch{x}{2000mbar}[/mm]
[mm]x = \bruch{2000mbar}{1013mbar}[/mm]
LG, Martinius
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