इलेक्ट्रोकेमिकल सेल आपको बताते हैं कि बैटरी सर्किट को कैसे चार्ज करती है और सेल फोन और डिजिटल घड़ियों जैसे इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को कैसे संचालित किया जाता है। ई सेल रसायन विज्ञान में, विद्युत रासायनिक कोशिकाओं की क्षमता को देखते हुए, आप रासायनिक प्रतिक्रियाओं को उन्हें शक्ति प्रदान करते हुए पाएंगे जो उनके सर्किट के माध्यम से विद्युत प्रवाह भेजते हैं। सामर्थइएक कोशिका आपको बता सकती है कि ये प्रतिक्रियाएं कैसे होती हैं।
ई सेल की गणना
•••सैयद हुसैन अथेरे
टिप्स
आधी प्रतिक्रियाओं को पुनर्व्यवस्थित करके, उन्हें पूर्णांक मानों से गुणा करके, विद्युत रासायनिक क्षमता के संकेत को फ़्लिप करके और क्षमता को गुणा करके हेरफेर करें। सुनिश्चित करें कि आप कमी और ऑक्सीकरण के नियमों का पालन करते हैं। सेल की कुल इलेक्ट्रोकेमिकल या इलेक्ट्रोमोटिव क्षमता प्राप्त करने के लिए सेल में प्रत्येक आधे प्रतिक्रिया के लिए विद्युत रासायनिक क्षमता का योग करें।
गणना करने के लिएइलेक्ट्रोमोटिव क्षमता, जिसे इलेक्ट्रोमोटिव बल की क्षमता के रूप में भी जाना जाता है (ईएमएफ), काबिजली उत्पन्न करनेवालीई सेल की गणना करते समय ई सेल सूत्र का उपयोग करते हुए, या वोल्टाइक, सेल:
- समीकरण को आधा प्रतिक्रियाओं में विभाजित करें यदि यह पहले से नहीं है।
- निर्धारित करें कि कौन सा समीकरण (एस), यदि कोई है, तो फ़्लिप किया जाना चाहिए या पूर्णांक से गुणा किया जाना चाहिए। आप इसे पहले यह पता लगाकर निर्धारित कर सकते हैं कि स्वतःस्फूर्त प्रतिक्रिया में कौन सी आधी प्रतिक्रियाएँ होने की सबसे अधिक संभावना है। किसी प्रतिक्रिया के लिए विद्युत रासायनिक क्षमता का परिमाण जितना छोटा होगा, उसके होने की संभावना उतनी ही अधिक होगी। हालांकि, समग्र प्रतिक्रिया क्षमता सकारात्मक बनी रहनी चाहिए।
- उदाहरण के लिए, विद्युत रासायनिक क्षमता के साथ एक आधा प्रतिक्रिया reaction-5 वीसंभावित के साथ एक से अधिक होने की संभावना है1 वी.
- जब आपने यह निर्धारित कर लिया है कि कौन सी प्रतिक्रियाएं होने की सबसे अधिक संभावना है, तो वे विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया में उपयोग किए जाने वाले ऑक्सीकरण और कमी का आधार बनेंगी।
- समीकरणों को पलटें और समीकरणों के दोनों पक्षों को पूर्णांक संख्याओं से गुणा करें जब तक कि वे समग्र विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया का योग न कर लें और दोनों पक्षों के तत्व रद्द न हो जाएं। आपके द्वारा फ्लिप किए जाने वाले किसी भी समीकरण के लिए, चिह्न को उल्टा कर दें। किसी भी समीकरण के लिए आप एक पूर्णांक से गुणा करते हैं, उसी पूर्णांक से संभावित गुणा करें।
- नकारात्मक संकेतों को ध्यान में रखते हुए प्रत्येक प्रतिक्रिया के लिए विद्युत रासायनिक क्षमता का योग करें।
आप ई सेल समीकरण कैथोड एनोड को स्मरणीय "रेड कैट एन ऑक्स" के साथ याद कर सकते हैं जो आपको बताता हैलालपर होता हैबिल्लीहोड औरएकस्तोत्रबैलआइडाइज करता है।
निम्नलिखित अर्ध-कोशिकाओं के इलेक्ट्रोड विभव की गणना कीजिए:
उदाहरण के लिए, हमारे पास एक डीसी विद्युत शक्ति स्रोत वाला गैल्वेनिक सेल हो सकता है। यह एक क्लासिक एए क्षारीय बैटरी में निम्नलिखित समीकरणों का उपयोग करता है जिसमें संबंधित आधा प्रतिक्रिया विद्युत रासायनिक क्षमता होती है। ई सेल की गणना करना आसान हैइकैथोड और एनोड के लिए सेल समीकरण।
- एमएनओ2(एस) + एच2ओ + ई− → एमएनओओएच (एस) + ओएच-(एक्यू); इहे= +0.382 वी
- जेडएन (एस)+ 2 ओएच -(एक्यू) → जेडएन (ओएच)2(एस) + 2e-; इहे = +1.221 वी
इस उदाहरण में, पहला समीकरण पानी का वर्णन करता हैएच2हेएक प्रोटॉन खोने से कम किया जा रहा है (एच+) बनाने के लिएओह- जबकि मैग्नीशियम ऑक्साइडएमएनओ2एक प्रोटॉन प्राप्त करके ऑक्सीकरण किया जाता है (एच+) मैंगनीज ऑक्साइड-हाइड्रॉक्साइड बनाने के लिएएमएनओओएच।दूसरा समीकरण जस्ता का वर्णन करता हैZnदो हाइड्रॉक्साइड आयनों के साथ ऑक्सीकृत हो रहा हैओह - जिंक हाइड्रॉक्साइड Zn (OH) बनाने के लिए2 दो इलेक्ट्रॉनों को मुक्त करते समय.
हम चाहते हैं कि समग्र विद्युत रासायनिक समीकरण बनाने के लिए, आप पहले ध्यान दें कि समीकरण (1) समीकरण (2) की तुलना में अधिक होने की संभावना है क्योंकि इसमें विद्युत रासायनिक क्षमता का परिमाण कम है। यह समीकरण पानी की कमी हैएच2हेहाइड्रॉक्साइड बनाने के लिएओह-और मैग्नीशियम ऑक्साइड का ऑक्सीकरणएमएनओ2. इसका मतलब है कि दूसरे समीकरण की संगत प्रक्रिया को हाइड्रॉक्साइड का ऑक्सीकरण करना चाहिएओह-इसे वापस पानी में वापस लाने के लिएएच2ओ.इसे प्राप्त करने के लिए, आपको जिंक हाइड्रॉक्साइड को कम करना होगाजेडएन (ओएच)2वापस जस्ता करने के लिएZn.
इसका मतलब है कि दूसरा समीकरण फ़्लिप किया जाना चाहिए। यदि आप इसे पलटते हैं और विद्युत रासायनिक क्षमता का संकेत बदलते हैं, तो आप प्राप्त करते हैंजेडएन (ओएच)2(एस) + 2e- → जेडएन (एस)+ 2 ओएच -(एक्यू) इसी विद्युत रासायनिक क्षमता के साथइहे = -1.221 वी.
दो समीकरणों को एक साथ जोड़ने से पहले, आपको पहले समीकरण के प्रत्येक अभिकारक और उत्पाद को गुणा करना होगा पूर्णांक 2 यह सुनिश्चित करने के लिए कि दूसरी प्रतिक्रिया के 2 इलेक्ट्रॉन पहले से एकल इलेक्ट्रॉन को संतुलित करते हैं एक। इसका मतलब है कि हमारा पहला समीकरण 2. हो जाता हैएमएनओ2(एस) + 2 एच2ओ + 2e− → 2MnOOH(s) + 2OH-(एक्यू)की विद्युत रासायनिक क्षमता के साथइहे= +0.764 वी
एक संयुक्त प्रतिक्रिया प्राप्त करने के लिए इन दो समीकरणों को एक साथ और दो विद्युत रासायनिक क्षमता को एक साथ जोड़ें: 2एमएनओ2(एस) + 2 एच2हे + जेडएन (ओएच)2(ओं) → जेडएन (एस) + एमएनओओएचविद्युत रासायनिक क्षमता के साथ-0.457 वी. ध्यान दें कि ईसेल फॉर्मूला बनाते समय दोनों तरफ के 2 हाइड्रॉक्साइड आयन और 2 इलेक्ट्रॉन रद्द हो जाते हैं।
ई सेल केमिस्ट्री
ये समीकरण एक नमक पुल द्वारा अलग किए गए अर्ध-छिद्रपूर्ण झिल्ली के साथ ऑक्सीकरण और कमी प्रक्रियाओं का वर्णन करते हैं।सॉल्ट ब्रिजपोटेशियम सल्फेट जैसी सामग्री से बना है जो एन निष्क्रिय इलेक्ट्रोलाइट के रूप में कार्य करता है जो आयन को इसकी सतह पर फैलाने देता है।
परकैथोड, ऑक्सीकरण, या इलेक्ट्रॉनों की हानि, होती है, और, परएनोड, कमी, या इलेक्ट्रॉनों का लाभ होता है। आप इसे स्मरणीय शब्द "OILRIG" से याद कर सकते हैं। यह आपको बताता है कि "ऑक्सीडेशन इज़ लॉस" ("OIL") और "रिडक्शन इज़ गेन" ("RIG")। इलेक्ट्रोलाइट वह तरल है जो आयनों को कोशिका के इन दोनों भागों से प्रवाहित होने देता है।
उन समीकरणों और प्रतिक्रियाओं को प्राथमिकता देना याद रखें जिनके होने की संभावना अधिक होती है क्योंकि उनमें विद्युत रासायनिक क्षमता का परिमाण कम होता है। ये प्रतिक्रियाएं गैल्वेनिक कोशिकाओं और उनके सभी उपयोगों का आधार बनाती हैं, और इसी तरह की प्रतिक्रियाएं जैविक संदर्भों में हो सकती हैं। कोशिका झिल्ली ट्रांसमेम्ब्रेन विद्युत क्षमता उत्पन्न करती है क्योंकि आयन झिल्ली के पार और इलेक्ट्रोमोटिव रासायनिक क्षमता के माध्यम से चलते हैं।
उदाहरण के लिए, कम निकोटिनमाइड एडेनिन डाइन्यूक्लियोटाइड का रूपांतरण (नाधी) उपस्थिति में प्रोटॉन (एच+) और आणविक ऑक्सीजन (हे2) अपने ऑक्सीकृत समकक्ष का उत्पादन करता है (नाडी+) पानी के साथ (एच2हे) इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला के भाग के रूप में। यह एक प्रोटॉन के साथ होता हैविद्युत रासायनिक ढालमाइटोकॉन्ड्रिया में ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण होने और ऊर्जा उत्पन्न करने की क्षमता के कारण होता है।
नर्नस्ट समीकरण
नर्नस्ट समीकरणआपको वोल्ट में सेल क्षमता के साथ संतुलन पर उत्पादों और अभिकारकों की सांद्रता का उपयोग करके विद्युत रासायनिक क्षमता की गणना करने देता हैइसेल जैसा
E_{सेल}=E_{सेल}^--\frac{RT}{zF}\ln{Q}
जिसमेंइ-सेल आधी प्रतिक्रिया को कम करने की क्षमता है,आरसार्वत्रिक गैस नियतांक है (8.31 J x K−1 mol−1), टीकेल्विन में तापमान है,जेडप्रतिक्रिया में स्थानांतरित इलेक्ट्रॉनों की संख्या है, औरक्यूसमग्र प्रतिक्रिया का प्रतिक्रिया भागफल है।
प्रतिक्रिया भागफलक्यूउत्पादों और अभिकारकों की सांद्रता को शामिल करने वाला अनुपात है। काल्पनिक प्रतिक्रिया के लिए:एए + बीबी सीसी + डीडीअभिकारकों के साथएतथाख, उत्पादसीतथाघ, और संगत पूर्णांक मानए, ख, सी, तथाघ, प्रतिक्रिया भागफलक्यूहोगाक्यू = [सी]सी[डी]घ / [ए]ए[बी]खएकाग्रता के रूप में प्रत्येक ब्रैकेटेड मान के साथ, आमतौर परमोल / एल. किसी भी उदाहरण के लिए, प्रतिक्रिया अभिकारकों के लिए उत्पादों के इस राशन को मापती है।
इलेक्ट्रोलाइटिक सेल की क्षमता
इलेक्ट्रोलाइटिक कोशिकाएंगैल्वेनिक कोशिकाओं से भिन्न होता है कि वे सर्किट के माध्यम से बिजली चलाने के लिए बाहरी बैटरी स्रोत का उपयोग करते हैं, न कि प्राकृतिक विद्युत रासायनिक क्षमता का। एक गैर-सहज प्रतिक्रिया में इलेक्ट्रोलाइट के अंदर इलेक्ट्रोड का उपयोग कर सकते हैं।
ये कोशिकाएं गैल्वेनिक कोशिकाओं के नमक पुल के विपरीत एक जलीय या पिघला हुआ इलेक्ट्रोलाइट का भी उपयोग करती हैं। इलेक्ट्रोड बैटरी के सकारात्मक टर्मिनल, एनोड और नकारात्मक टर्मिनल, कैथोड से मेल खाते हैं। जबकि गैल्वेनिक कोशिकाओं में सकारात्मक ईएमएफ मान होते हैं, इलेक्ट्रोलाइटिक कोशिकाओं में नकारात्मक होते हैं, जिसका अर्थ है कि, के लिए गैल्वेनिक कोशिकाएं, प्रतिक्रियाएं स्वचालित रूप से होती हैं जबकि इलेक्ट्रोलाइटिक कोशिकाओं को बाहरी वोल्टेज की आवश्यकता होती है स्रोत
गैल्वेनिक कोशिकाओं के समान, आप समग्र इलेक्ट्रोलाइटिक सेल समीकरण का उत्पादन करने के लिए हेरफेर, फ्लिप, गुणा और आधा प्रतिक्रिया समीकरण जोड़ सकते हैं।