วิธีการคำนวณ E Cell

เซลล์ไฟฟ้าเคมีจะบอกคุณเกี่ยวกับวงจรการชาร์จแบตเตอรี่และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น โทรศัพท์มือถือและนาฬิกาดิจิตอล เมื่อพิจารณาถึงเคมีของ E เซลล์ ศักยภาพของเซลล์ไฟฟ้าเคมี คุณจะพบว่าปฏิกิริยาเคมีที่ส่งพลังงานให้กับเซลล์ที่ส่งกระแสไฟฟ้าผ่านวงจรของพวกมัน ศักยภาพอีของเซลล์สามารถบอกคุณได้ว่าปฏิกิริยาเหล่านี้เกิดขึ้นได้อย่างไร

•••Syed Hussain Ather A

• จัดการครึ่งปฏิกิริยาโดยการจัดเรียงใหม่ คูณด้วยค่าจำนวนเต็ม พลิกเครื่องหมายของศักย์ไฟฟ้าเคมี และคูณค่าศักย์ไฟฟ้า ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณปฏิบัติตามกฎของการลดและการเกิดออกซิเดชัน รวมศักย์ไฟฟ้าเคมีสำหรับปฏิกิริยาครึ่งหนึ่งแต่ละอันในเซลล์ เพื่อให้ได้ศักย์ไฟฟ้าเคมีทั้งหมดหรือศักย์ไฟฟ้าของเซลล์

ในการคำนวณศักย์ไฟฟ้าหรือที่เรียกว่าศักย์ของแรงเคลื่อนไฟฟ้า (EMF) ของ aกัลวานิคหรือเซลล์ voltaic โดยใช้สูตร E Cell เมื่อคำนวณ E Cell:

1. แบ่งสมการออกเป็นครึ่งปฏิกิริยาถ้ายังไม่ได้ทำ
2. กำหนดว่าสมการใด (ถ้ามี) ต้องพลิกหรือคูณด้วยจำนวนเต็ม คุณสามารถระบุสิ่งนี้ได้โดยหาว่าปฏิกิริยาครึ่งหนึ่งใดที่มีแนวโน้มว่าจะเกิดขึ้นในปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเองมากที่สุดก่อน ยิ่งศักย์ไฟฟ้าเคมีของปฏิกิริยามีขนาดเล็กเท่าใด โอกาสที่จะเกิดขึ้นก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ศักยภาพในการเกิดปฏิกิริยาโดยรวมต้องยังคงเป็นบวก
   instagram story viewer
   1. ตัวอย่างเช่น ปฏิกิริยาครึ่งหนึ่งที่มีศักย์ไฟฟ้าเคมีของ-.5 Vมีโอกาสเกิดขึ้นมากกว่าสิ่งที่มีศักยภาพ1 วี​
   2. เมื่อคุณได้พิจารณาแล้วว่าปฏิกิริยาใดมีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นมากที่สุด ปฏิกิริยาเหล่านี้จะเป็นพื้นฐานของการเกิดออกซิเดชันและการลดลงที่ใช้ในปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมี
3. พลิกสมการและคูณสมการทั้งสองข้างด้วยเลขจำนวนเต็มจนเป็นผลรวมของปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีโดยรวมและองค์ประกอบทั้งสองข้างตัดกัน สำหรับสมการใดๆ ที่คุณพลิก ให้กลับเครื่องหมาย สำหรับสมการใดๆ ที่คุณคูณด้วยจำนวนเต็ม ให้คูณศักยภาพด้วยจำนวนเต็มเดียวกัน
4. สรุปศักย์ไฟฟ้าเคมีสำหรับแต่ละปฏิกิริยาโดยคำนึงถึงสัญญาณลบ

คุณสามารถจำขั้วบวกขั้วลบของสมการเซลล์ E ด้วยตัวช่วยจำ "แมวแดงและวัว" ที่บอกคุณสีแดงuction เกิดขึ้นที่แมวhode และอันodeวัวไอไดซ์

ตัวอย่างเช่น เราอาจมีเซลล์กัลวานิกที่มีแหล่งพลังงานไฟฟ้ากระแสตรง ใช้สมการต่อไปนี้ในแบตเตอรี่อัลคาไลน์ AA แบบคลาสสิกที่มีศักย์ไฟฟ้าเคมีปฏิกิริยาครึ่งปฏิกิริยาที่สอดคล้องกัน การคำนวณอีเซลล์ทำได้ง่ายโดยใช้ปุ่มอีสมการเซลล์ของแคโทดและแอโนด

1. ​MnO₂(s) + H₂O + อี⁻ → MnOOH + OH^-(aq); อี^o= +0.382 V​
2. ​Zn (s)+ 2 OH ^-(aq) ​ → ​สังกะสี (OH)₂(s) + 2e-; อี^o = +1.221 V

ในตัวอย่างนี้ สมการแรกอธิบายน้ำโฮ₂อู๋ลดลงโดยการสูญเสียโปรตอน (โฮ⁺) เพื่อสร้างOH​^- ในขณะที่แมกนีเซียมออกไซด์MnO₂ถูกออกซิไดซ์โดยการได้รับโปรตอน (โฮ⁺) เพื่อสร้างแมงกานีสออกไซด์-ไฮดรอกไซด์MnOOH.สมการที่สองอธิบายสังกะสีสังกะสีเกิดออกซิไดซ์ด้วยไฮดรอกไซด์ไอออน 2 ตัวOH ^-​ เพื่อสร้างสังกะสีไฮดรอกไซด์ Zn (OH)₂ ขณะปล่อยอิเล็กตรอนสองตัว.​

ในการสร้างสมการไฟฟ้าเคมีโดยรวมที่เราต้องการ ก่อนอื่นคุณต้องสังเกตว่าสมการ (1) มีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นมากกว่าสมการ (2) เนื่องจากมีศักย์ไฟฟ้าเคมีต่ำกว่า สมการนี้คือการลดลงของน้ำโฮ₂อู๋เพื่อสร้างไฮดรอกไซด์OH​^-และการเกิดออกซิเดชันของแมกนีเซียมออกไซด์MnO₂. ซึ่งหมายความว่ากระบวนการที่สอดคล้องกันของสมการที่สองจะต้องออกซิไดซ์ไฮดรอกไซด์OH​^-เพื่อคืนเป็นน้ำโฮ₂โอ.เพื่อให้บรรลุสิ่งนี้ คุณต้องลดซิงค์ไฮดรอกไซด์สังกะสี (OH)₂กลับเป็นสังกะสีสังกะสี​.

ซึ่งหมายความว่าต้องพลิกสมการที่สอง หากคุณพลิกมันและเปลี่ยนเครื่องหมายของศักย์ไฟฟ้าเคมี คุณจะได้สังกะสี (OH)₂(s) + 2e- ​​→​ ​Zn (s)+ 2 OH ^-(aq) ​ ด้วยศักย์ไฟฟ้าเคมีที่สอดคล้องกันอี^o = -1.221 โวลต์​

ก่อนรวมสมการทั้งสองเข้าด้วยกัน คุณต้องคูณสารตั้งต้นแต่ละตัวกับผลคูณของสมการแรกด้วย จำนวนเต็ม 2 เพื่อให้แน่ใจว่าอิเล็กตรอน 2 ตัวของปฏิกิริยาที่สองสมดุลออกจากอิเล็กตรอนเดี่ยวจากตัวแรก หนึ่ง. นี่หมายความว่าสมการแรกของเรากลายเป็น 2MnO₂(s) + 2 H₂O + 2e⁻ → 2MnOOH(s) + 2OH^-(aq)ด้วยศักย์ไฟฟ้าเคมีของอี^o= +0.764 V​

บวกสมการทั้งสองนี้เข้าด้วยกันและศักย์ไฟฟ้าเคมีทั้งสองรวมกันเพื่อให้ได้ปฏิกิริยารวมกัน: 2MnO₂(s) + 2 H₂โอ +​ ​สังกะสี (OH)₂(ส) ​​→​ ​ ​​Zn (s) + ​​MnOOH(s)ด้วยศักย์ไฟฟ้าเคมี-0.457 V. โปรดทราบว่าไฮดรอกไซด์ไอออน 2 ตัวและอิเลคตรอน 2 ตัวของทั้งสองข้างจะตัดกันเมื่อสร้างสูตร ECell

สมการเหล่านี้อธิบายกระบวนการออกซิเดชันและรีดักชันด้วยเมมเบรนกึ่งรูพรุนที่คั่นด้วยสะพานเกลือสะพานเกลือทำจากวัสดุเช่นโพแทสเซียมซัลเฟตที่ทำหน้าที่เป็นอิเล็กโทรไลต์เฉื่อยที่ช่วยให้ไอออนกระจายไปทั่วพื้นผิว

ที่แคโทดการเกิดออกซิเดชันหรือการสูญเสียอิเล็กตรอนเกิดขึ้นและที่แอโนดเกิดการลดลงหรือเพิ่มขึ้นของอิเล็กตรอนเกิดขึ้น คุณสามารถจำสิ่งนี้ได้ด้วยคำช่วยจำ "OILRIG" มันบอกคุณว่า "Oxidation Is Loss" ("OIL") และ "Reduction Is Gain" ("RIG") อิเล็กโทรไลต์เป็นของเหลวที่ให้ไอออนไหลผ่านทั้งสองส่วนของเซลล์

อย่าลืมจัดลำดับความสำคัญของสมการและปฏิกิริยาที่มีโอกาสเกิดขึ้นมากกว่า เพราะมีศักย์ไฟฟ้าเคมีต่ำกว่า ปฏิกิริยาเหล่านี้เป็นพื้นฐานสำหรับเซลล์กัลวานิกและการใช้งานทั้งหมด และปฏิกิริยาที่คล้ายคลึงกันอาจเกิดขึ้นได้ในบริบททางชีววิทยา เยื่อหุ้มเซลล์สร้างศักย์ไฟฟ้าของเมมเบรนเมื่อไอออนเคลื่อนผ่านเมมเบรนและผ่านศักย์ไฟฟ้าเคมี

ตัวอย่างเช่น การเปลี่ยนแปลงของนิโคตินาไมด์อะดีนีนไดนิวคลีโอไทด์ที่ลดลง (NADH) ต่อหน้าโปรตอน (โฮ⁺) และโมเลกุลออกซิเจน (อู๋₂) ผลิตคู่ที่ออกซิไดซ์ (NAD⁺) ข้างน้ำ (โฮ₂อู๋) เป็นส่วนหนึ่งของห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน สิ่งนี้เกิดขึ้นกับโปรตอนไล่ระดับไฟฟ้าเคมีเกิดจากศักยภาพที่จะให้ออกซิเดชันฟอสโฟรีเลชั่นเกิดขึ้นในไมโตคอนเดรียและผลิตพลังงาน

สมการเนิร์สstให้คุณคำนวณศักย์ไฟฟ้าเคมีโดยใช้ความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์และสารตั้งต้นที่สมดุลกับศักย์ของเซลล์ในหน่วยโวลต์อี​_{เซลล์} เช่น

ซึ่งในอี​^-_{เซลล์} คือศักยภาพของปฏิกิริยารีดักชันครึ่งหนึ่งRเป็นค่าคงที่แก๊สสากล (8.31 J x K-1 โมล-1​), ​ตู่คืออุณหภูมิในหน่วยเคลวินzคือจำนวนอิเล็กตรอนที่ถ่ายโอนในปฏิกิริยาและคิวคือความฉลาดทางปฏิกิริยาของปฏิกิริยาโดยรวม

ความฉลาดทางปฏิกิริยาคิวเป็นอัตราส่วนที่เกี่ยวข้องกับความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์และสารตั้งต้น สำหรับปฏิกิริยาสมมุติฐาน:aA + bB ⇌ cC + dDด้วยสารตั้งต้นอาและบี, สินค้าคและดีและค่าจำนวนเต็มที่สอดคล้องกัน​, ​ข​, ​ค, และd, ความฉลาดทางปฏิกิริยาคิวอยากจะเป็นคิว = [ค]^ค[ด]^d / [เอ][B]^ขโดยมีค่าคร่อมแต่ละค่าเป็นความเข้มข้น โดยปกติในนางสาว. ตัวอย่างเช่น ปฏิกิริยาจะวัดสัดส่วนของผลิตภัณฑ์ต่อสารตั้งต้น

​เซลล์อิเล็กโทรไลต์แตกต่างจากเซลล์กัลวานิกตรงที่พวกมันใช้แหล่งแบตเตอรี่ภายนอก ไม่ใช่ศักย์ไฟฟ้าเคมีตามธรรมชาติ เพื่อขับเคลื่อนกระแสไฟฟ้าผ่านวงจร สามารถใช้อิเล็กโทรดภายในอิเล็กโทรไลต์ในปฏิกิริยาที่ไม่เกิดขึ้นเอง

เซลล์เหล่านี้ยังใช้อิเล็กโทรไลต์ที่เป็นน้ำหรือหลอมเหลวในทางตรงกันข้ามกับสะพานเกลือของเซลล์กัลวานิก อิเล็กโทรดตรงกับขั้วบวก ขั้วบวก และขั้วลบ ขั้วลบของแบตเตอรี่ ในขณะที่เซลล์กัลวานิกมีค่า EMF บวก เซลล์อิเล็กโทรไลต์มีค่าลบซึ่งหมายความว่าสำหรับ เซลล์กัลวานิก ปฏิกิริยาเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติในขณะที่เซลล์อิเล็กโทรไลต์ต้องการแรงดันไฟฟ้าภายนอก แหล่งที่มา

เช่นเดียวกับเซลล์กัลวานิก คุณสามารถจัดการ พลิก คูณ และเพิ่มสมการครึ่งปฏิกิริยาเพื่อสร้างสมการเซลล์อิเล็กโทรไลต์โดยรวมได้