Pemindahan elektron pada suatu jarak

Pemindahan elektron pada suatu jarak ialah eksperimen yang menukar redoks daripada perubahan warna dalam tabung uji kepada aliran elektron yang boleh diukur. Dalam bab Keseimbangan Redoks Tingkatan 5, ia jambatan antara penyesaran mudah dan sel voltan, kerana ia memisahkan agen pengoksidaan dan penurunan serta memaksa elektronnya bergerak melalui wayar. Ikut susunan radas, kemudian gunakan bahagian Kertas 3 untuk mengukuhkan jawapan arah aliran.

Tujuan

Untuk menunjukkan bahawa tindak balas redoks boleh berlaku apabila agen pengoksidaan dan agen penurunan tidak bersentuhan secara langsung, dengan elektron dipindahkan melalui litar luar, dan untuk mengenal pasti tempat pengoksidaan dan penurunan berlaku.

Radas dan bahan

• Tiub-U (atau bikar dengan sekatan berliang)
• Dua elektrod karbon (grafit)
• Wayar penyambung dengan klip buaya
• Galvanometer atau mikroammeter
• Penitis dan bikar
• Larutan kalium iodida (agen penurunan)
• Larutan kalium manganat(VII) berasid atau air bromin (agen pengoksidaan)
• Asid sulfurik cair
• Gogal keselamatan

Prosedur

1. Isi separuh tiub-U dengan asid sulfurik cair untuk bertindak sebagai elektrolit penyambung.
2. Menggunakan penitis, alirkan larutan kalium iodida dengan berhati-hati ke bawah satu lengan supaya ia membentuk lapisan di atas asid tanpa bercampur.
3. Dengan cara berhati-hati yang sama, tambah larutan kalium manganat(VII) berasid ke lengan yang satu lagi.
4. Celup satu elektrod karbon bersih ke dalam setiap lengan, satu ke dalam kalium iodida dan satu ke dalam agen pengoksidaan.
5. Sambungkan kedua-dua elektrod ke galvanometer dengan wayar dan klip buaya.
6. Perhatikan jarum galvanometer, dan tunggu perubahan warna di sekeliling setiap elektrod selama beberapa minit.
7. Rekod arah pesongan dan perubahan warna di setiap elektrod.

Pemerhatian yang dijangka

• Jarum galvanometer terpesong, menunjukkan arus elektrik mengalir melalui litar luar.
• Di sekeliling elektrod karbon dalam larutan kalium iodida, larutan tak berwarna itu perlahan-lahan bertukar perang, menunjukkan iodin telah terbentuk.
• Di sekeliling elektrod dalam agen pengoksidaan, warna ungu kalium manganat(VII) pudar (atau, jika air bromin digunakan, warna perang pudar).

Terangkan pesongan dan perubahan warna yang anda perhatikan; jangan mereka bacaan arus atau sebarang nilai terukur lain.

Inferens dan kesimpulan

Pemindahan elektron berlaku pada suatu jarak melalui wayar luar. Di elektrod dalam kalium iodida, ion iodida membebaskan elektron dan teroksida menjadi iodin, yang mewarnakan larutan perang; elektrod ini ialah terminal negatif. Elektron mengalir melalui wayar ke elektrod yang satu lagi, di mana agen pengoksidaan menerimanya dan terturun, jadi warnanya pudar. Asid sulfurik cair melengkapkan litar dengan membenarkan ion bergerak. Kerana pengoksidaan berlaku di satu elektrod dan penurunan di elektrod yang lain, disambung hanya oleh wayar dan elektrolit, eksperimen ini membuktikan tindak balas redoks ialah pemindahan elektron dan boleh berlaku tanpa bahan tindak balas bersentuhan. Elektron sentiasa mengalir dari agen penurunan ke agen pengoksidaan.

Kemahiran proses sains (gaya Kertas 3)

• Hipotesis. “Apabila agen penurunan dan agen pengoksidaan disambung oleh elektrolit dan wayar luar, elektron mengalir melalui wayar dan galvanometer terpesong.” Nyatakan ramalan yang boleh diuji.
• Pemboleh ubah. Pemboleh ubah dimanipulasi ialah sama ada agen pengoksidaan hadir (atau jenisnya); pemboleh ubah bergerak balas ialah pesongan galvanometer bersama perubahan warna; pemboleh ubah dimalarkan ialah kepekatan dan isipadu setiap larutan, jenis dan saiz elektrod, serta elektrolit yang digunakan.
• Membuat inferens. Daripada warna perang yang terbentuk di lengan kalium iodida, infer bahawa iodida telah teroksida dan elektrod ini ialah terminal negatif.
• Menyatakan arah. Elektron mengalir melalui wayar dari elektrod kalium iodida ke elektrod agen pengoksidaan, manakala arus konvensional mengalir ke arah bertentangan.
• Definisi secara operasi. “Agen penurunan ialah bahan yang menderma elektron, ditunjukkan di sini oleh elektrod tempat iodin terbentuk dan tempat elektron meninggalkannya melalui wayar.”

Langkah keselamatan

• Pakai gogal keselamatan, kerana asid sulfurik cair dan kalium manganat(VII) berasid merengsa dan menghakis mata.
• Jika air bromin digunakan, bekerja dalam kebuk wasap, kerana wasap bromin toksik.
• Tambah larutan ke tiub-U dengan perlahan dan tanpa menggoncang, supaya ia tidak bercampur terus dan terpercik.
• Jangan biarkan kedua-dua elektrod karbon bersentuhan, supaya litar tidak terpintas.

Kesilapan lazim

• Membiarkan larutan pengoksidaan dan penurunan bercampur terus, jadi tindak balas berlaku dalam tiub dan tiada arus mengalir melalui wayar.
• Membenarkan elektrod bersentuhan atau klip tergelincir, yang memutuskan atau memintaskan litar dan menghentikan pesongan.
• Menggunakan larutan manganat(VII) yang tidak diasidkan, jadi penurunan dan pemudaran warna yang dijangka tidak berlaku.
• Menyambung galvanometer dengan sentuhan yang lemah, jadi pesongan sebenar terlepas dan tersilap dibaca sebagai tiada tindak balas.
• Mengelirukan arah aliran elektron dengan arah arus konvensional semasa menulis kesimpulan.

Bagaimana kami membantu

Dalam kelas Kimia SPM satu-ke-satu dalam talian kami, yang diajar dalam bahasa Inggeris, guru kami menggunakan eksperimen ini untuk membetulkan satu ayat yang paling kerap tersalah oleh pelajar, bahawa elektron mengalir dari agen penurunan ke agen pengoksidaan, dan untuk mengaitkan setiap elektrod dengan setengah persamaannya. Yuran bermula pada RM50 sejam, dan pelajaran percubaan satu jam berbayar membolehkan anda melihat penerangan sebelum memutuskan. Guru kami juga menunjukkan cara melabel terminal positif dan negatif dengan tepat serta menulis dua setengah persamaan yang seimbang, dua perkara yang kerap menentukan sama ada anda memperoleh markah penuh dalam soalan berstruktur. Kerana susunan ini ialah moyang langsung sel voltan yang anda temui seterusnya dalam Kimia SPM, memahaminya sekarang menjadikan elektrokimia yang berikutnya jauh lebih mudah ditaakul dalam Kertas 2 dan Kertas 3.