W Twoim pytaniu są dwa typowe nieporozumienia. Mam nadzieję, że uda mi się je wyjaśnić.

Elektrony nie przepływają z cynku do miedzi. Nie dokładnie.

W ogniwie galwanicznym cynk-miedź reakcja netto jest następująca:

$$ \ ce {Zn (s) + Cu} ^ {2+} (aq ) \ ce {-> Zn} ^ {2+} (aq) \ ce {+ Cu (s)} $$

Cynk jest utleniany:

$$ \ ce {Zn (s) ->Zn} ^ {2 +} (aq) \ ce {+ 2e-} $$

Miedź jest redukowana:

$$ \ ce {Cu } ^ {2 +} (aq) \ ce {+ 2e- ->Cu (s)} $$

Elektrony są zatem przenoszone z cynku nie na miedź, ale jony miedzi (II), które są inne niż atomy miedzi w Cu (ach). Musimy coś porównać z atomami cynku i jonami miedzi (II).

Elektroujemność nie ma nic wspólnego z elektrochemią.

Elektroujemność to przyciąganie, jakie ma atom dla pary elektronów w wiązaniu kowalencyjnym.

Elektrochemia polega na kontrolowaniu transferu elektronów, który towarzyszy reakcji redoks. Zwykle dotyczy to związków jonowych, więc elektroujemność nie jest odpowiednią wielkością do porównania. W tym przypadku zależy nam na zmianie energii, która zachodzi, gdy miedź i cynk tracą elektrony (energia jonizacji) oraz stabilność powstających jonów w roztworze. Dane jonizacji pochodzące z tej publikacji NIST.

Dla cynku: $$ \ ce {Zn->Zn + + e-} \ \ \ \ \ \ Delta H = 9.585 \ times 10 ^ 2 \ text {kJ / mol} $$$$ \ ce {Zn + ->Zn} ^ {2 +} \ ce {+ e-} \ \ \ \ \ \ Delta H = 1,733 \ times 10 ^ 3 \ text { kJ / mol} $$$$ \ ce {Zn->Zn} ^ {2+} \ ce {+ 2e-} \ \ \ \ \ \ Delta H = 2.692 \ times 10 ^ 3 \ text {kJ / mol} $ $

Dla miedzi: $$ \ ce {Cu->Cu + + e-} \ \ \ \ \ \ Delta H = 7,454 \ times 10 ^ 2 \ text {kJ / mol} $$$$ \ ce {Cu + ->Cu} ^ {2 +} \ ce {+ e-} \ \ \ \ \ \ Delta H = 1,958 \ times 10 ^ 3 \ text {kJ / mol} $$$$ \ ce {Cu->Cu } ^ {2+} \ ce {+ 2e-} \ \ \ \ \ \ Delta H = 2.703 \ times 10 ^ 3 \ text {kJ / mol} $$

Dlaczego cynk utleniona i zredukowana miedź?

Ponieważ prowadzi to do niższego stanu energii. Aby usunąć dwa elektrony z miedzi, potrzeba więcej energii niż dwa elektrony z cynku. Tak więc, aby uzyskać ujemną zmianę energii (spontaniczną), gdy trzeba dodać reakcję cynku, jak napisano, i reakcję miedzi w odwrotnej kolejności:

$$ \ ce {Zn->Zn} ^ {2+} \ ce {+ 2e-} \ \ \ \ \ \ Delta H = 2,692 \ times 10 ^ 3 \ text {kJ / mol} $$$$ \ ce {Cu} ^ {2+} \ ce {+ 2e- -> Cu (s)} \ \ \ \ \ \ Delta H = -2.703 \ times 10 ^ 3 \ text {kJ / mol} $$$$ \ ce {Zn (s) + Cu} ^ {2+} (aq) \ ce {-> Zn} ^ {2+} (aq) \ ce {+ Cu (s)} \ \ \ \ Delta H = -11 \ text {kJ / mol} $$

Oszacowanie powyżej zakłada, że ​​energie solwatacji obu jonów są podobne, a ich standardowe entropie są podobne. Nie mogłem znaleźć dobrego źródła tych danych.

W elektrochemii bardziej zależy nam na potencjale ogniwa, $ E_ {cell} $, czyli potencjale ogniwa do wykonywania pracy elektrycznej. Potencjał $ E $ jest powiązany ze zmianą energii swobodnej $ \ Delta G $ za pomocą następującego równania, gdzie $ n $ to liczba moli przeniesionych elektronów, a $ F $ to stała Faradaya $ F = 96,485 \ frac {\ text {J}} {\ text {V mol}} $.

$$ \ Delta G = -nFE $$

Aby proces był spontaniczny, $ \ Delta G $ musi być ujemna. $ \ Delta G $ jest ujemne, gdy $ E $ jest dodatnie. Zatem w ogniwie galwanicznym elektrony będą płynąć w kierunku, w którym wytwarza się dodatni potencjał ogniwa.

Jak możemy określić, który to kierunek? Po pierwsze, moglibyśmy ustawić ogniwo cynkowo-miedziane, podłączyć je do obwodu i pozwolić mu działać. W tym ogniwie kawałek metalu miedzi służy jako jedna elektroda, a kawałek metalu cynku służy jako druga. Niezależnie od tego, która elektroda zwiększyła masę, jest elektrodą, na której nastąpiła redukcja: kationy metali są przekształcane w atomy metalu, wychodząc z roztworu i zwiększając masę elektrody. Druga elektroda musi odpowiadać za utlenianie (atomy metalu stają się kationami i rozpuszczają się); masa tej elektrody musi się zmniejszyć.

Albo możemy przeprowadzić prostszy eksperyment. Zanurz kawałek miedzi w roztworze Zn ²⁺ . Nie dzieje się nic ekscytującego (brak reakcji). Następnie zanurz kawałek metalicznego cynku w roztworze Cu ²⁺ . Cynk redukuje jony Cu ²⁺ i miedziane płytki metalowe na cynk.

Lub moglibyśmy polegać na tabelach standardowych potencjałów redukcyjnych dla półogniw, mierzonych względem standardowej elektrody wodorowej SHE (dla którego E jest zdefiniowane jako ZERO). Standardowe potencjały redukcyjne pochodzą z Wikipedii, która wydobywa je z wielu legalnych źródeł.

SHE: $$ \ ce {H2 (1 atm) + 2e- -> 2H + ( 1 M)} \ \ \ E ^ o = 0 \ text {V} $$ Dla cynku: $$ \ ce {Zn->Zn} ^ {2+} \ ce {+ 2e-} \ \ \ E ^ o = -0,762 \ text {V} $$ Dla miedzi: $$ \ ce {Cu->Cu} ^ {2+} \ ce {+ 2e-} \ \ \ E ^ o = + 0,34 \ text {V} $$ To generują spontaniczną reakcję, te półkomórki są łączone w taki sposób, że ogólny potencjał komórki jest dodatni: $$ \ ce {Zn->Zn} ^ {2+} \ ce {+ 2e-} \ \ \ E ^ o = + 0,762 \ text {V} + $$$$ \ ce {Cu} ^ {2+} \ ce {+ 2e- -> Cu (s)} \ \ \ E ^ o = + 0,34 \ text {V} $$$$ \ ce {Zn (s) + Cu} ^ {2+} (aq) \ ce {-> Zn} ^ {2+} (aq) \ ce {+ Cu (s)} \ \ E ^ o = + 1,10 \ text {V} $$ Ta analiza dotyczy tylko warunków standardowych. W niestandardowych warunkach (na przykład [Zn ²⁺ ] >> [Cu ²⁺ ] reakcja odwrotna może być spontaniczna.

Odpowiedź Bena Norrisa jest miła, ale wydaje się, że zawiera dodatkowe zamieszanie. Różnicę między potencjałami redukcyjnymi miedzi i cynku można obliczyć na podstawie empirycznych danych jonizacji, które opisuje Ben, ale nie oznacza to, że różnica nie ma nic wspólnego z elektroujemnością dwóch różnych pierwiastków. Miłą dyskusję na ten temat można znaleźć pod następującym linkiem.

Elektroujemność to tendencja atomu lub grupy funkcyjnej do przyciągania elektronów (lub gęstości elektronowej) do siebie. Dodanie elektronu do miedzi jest bardzo łatwe ze względu na jej orbital walencyjny, który ma jeden wolny elektron, który chce sparować się z innym elektronem, podczas gdy w cynku powłoka walencyjna jest całkowicie wypełniona, tj. D-orbital.

Konfiguracja Cu: {Ar} 4s2, 3d9

Konfiguracja Zn: {Ar} 4s2 3d10