ઉદાહરણ પ્રશ્નો ચર્ચા ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ માપવા
ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ માપવું એ ઇલેક્ટ્રોકેમિસ્ટ્રીનું એક મહત્વપૂર્ણ પાસું છે. ઇલેક્ટ્રોકેમિસ્ટ્રી એ રસાયણશાસ્ત્રની એક શાખા છે જે રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ અને વીજળી વચ્ચેના સંબંધનો અભ્યાસ કરે છે. ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ માપવાની ક્ષમતા ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ છે, ખાસ કરીને બેટરી, કાટ અને વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ જેવા કાર્યક્રમોમાં. આ લેખમાં, આપણે ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ માપવાના સંદર્ભમાં કેટલીક ઉદાહરણ સમસ્યાઓ અને તેમના ઉકેલોની ચર્ચા કરીશું.
ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલને સમજવું
ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ, અથવા કોષ પોટેન્શિયલ, ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ કોષમાં બે ઇલેક્ટ્રોડ વચ્ચેનો વિદ્યુત સંભવિત તફાવત છે. તેને વિવિધ પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરીને માપી શકાય છે, જેમાં સંતૃપ્ત કેલોમેલ ઇલેક્ટ્રોડ (SCE) અથવા સિલ્વર/સિલ્વર ક્લોરાઇડ (Ag/AgCl) ઇલેક્ટ્રોડ જેવા પ્રમાણભૂત સંદર્ભ સંભવિતનો ઉપયોગ શામેલ છે. પ્રમાણભૂત સંભવિત અન્ય ઇલેક્ટ્રોડના સંભવિતને માપવા અને સરખામણી કરવા માટે બેન્ચમાર્ક તરીકે સેવા આપે છે.
મૂળભૂત સૂત્ર
પ્રમાણભૂત પરિસ્થિતિઓ હેઠળ કોષ સ્થિતિમાન (\( E_{\text{sel}} \)) સૂત્ર દ્વારા વ્યક્ત કરી શકાય છે:
\[ E_{\ટેક્સ્ટ{કોષ}}^\સર્ક = E_{\ટેક્સ્ટ{કેથોડ}}^\સર્ક – E_{\ટેક્સ્ટ{એનોડ}}^\સર્ક \]
અથવા
\[ E_{\ટેક્સ્ટ{સેલ}} = E_{\ટેક્સ્ટ{કેથોડ}} – E_{\ટેક્સ્ટ{એનોડ}} \]
નમૂના પ્રશ્નો અને ચર્ચા
ઉદાહરણ પ્રશ્ન ૧: ગેલ્વેનિક કોષની સંભાવના માપવી
પ્રશ્ન:
ઝિંક (Zn) ઇલેક્ટ્રોડ અને કોપર (Cu) ઇલેક્ટ્રોડથી બનેલા ગેલ્વેનિક કોષને આપેલ છે, જે દરેક ZnSO₄ અને CuSO₄ ના દ્રાવણમાં ડૂબેલા છે. ઝિંકનું પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ (E°) -0.76 V છે અને કોપર +0.34 V છે. કોષ પોટેન્શિયલની ગણતરી કરો અને ઇલેક્ટ્રોન પ્રવાહની દિશા નક્કી કરો.
જવાબ:
પહેલું પગલું એ એનોડ અને કેથોડને ઓળખવાનું છે. ઇલેક્ટ્રોકેમિસ્ટ્રીમાં, એનોડ એ સ્થાન છે જ્યાં ઓક્સિડેશન (ઇલેક્ટ્રોન મુક્ત કરવું) થાય છે, અને કેથોડ એ સ્થાન છે જ્યાં ઘટાડો (ઇલેક્ટ્રોન સ્વીકારવું) થાય છે.
- ઝીંક (Zn) ઇલેક્ટ્રોડ્સ ઓક્સિડેશનમાંથી પસાર થાય છે:
\[
\text{Zn} \rightarrow \text{Zn}^{2+} + 2\text{e}^- \quad (E^\circ = -0.76 \text{ V})
\]
– કોપર (Cu) ઇલેક્ટ્રોડમાં ઘટાડો થવાની શક્યતા વધુ હોય છે:
\[
\text{Cu}^{2+} + 2\text{e}^- \rightarrow \text{Cu} \quad (E^\circ = +0.34 \text{ V})
\]
કોષ સંભવિત સૂત્રનો ઉપયોગ કરીને:
\[
E_{\text{cell}}^\circ = E_{\text{cathode}}^\circ – E_{\text{anode}}^\circ
= 0.34 \text{ V} – (-0.76 \text{ V})
= ૦.૩૪ \text{ V} + ૦.૭૬ \text{ V}
= ૧.૧૦ \text{ V}
\]
ઇલેક્ટ્રોન પ્રવાહની દિશા ઝીંક ઇલેક્ટ્રોડ (એનોડ) થી કોપર ઇલેક્ટ્રોડ (કેથોડ) તરફ છે.
ઉદાહરણ પ્રશ્ન 2: બિન-માનક કોષ સંભવિત
પ્રશ્ન:
0.1 M AgNO₃ દ્રાવણમાં ચાંદી (Ag) ઇલેક્ટ્રોડ અને 0.01 M ZnSO₄ દ્રાવણમાં ઝીંક (Zn) ઇલેક્ટ્રોડનો ઉપયોગ કરીને ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ કોષ બનાવવામાં આવે છે. ચાંદીનો પ્રમાણભૂત પોટેન્શિયલ +0.80 V છે અને ઝીંક -0.76 V છે. નર્ન્સ્ટ સમીકરણનો ઉપયોગ કરીને બિન-માનક પરિસ્થિતિઓમાં કોષ પોટેન્શિયલની ગણતરી કરો.
જવાબ:
નર્ન્સ્ટ સમીકરણ આ પ્રમાણે આપેલ છે:
\[
E = E^\circ – \frac{RT}{nF} \ln Q
\]
ક્યાં:
– \( E^\circ \) એ પ્રમાણભૂત કોષ સંભવિત છે,
– \( R \) એ સાર્વત્રિક વાયુ સ્થિરાંક છે (8.314 J/mol K),
– \( T \) એ કેલ્વિનમાં તાપમાન છે (દા.ત. 298 K),
– \( n \) એ ટ્રાન્સફર થયેલા ઇલેક્ટ્રોનના મોલ્સની સંખ્યા છે,
– \( F \) એ ફેરાડેનો સ્થિરાંક છે (96485 C/mol),
– \( Q \) એ પ્રતિક્રિયા ભાગફળ છે.
કોષ પ્રતિક્રિયા:
\[
\text{Zn} \rightarrow \text{Zn}^{2+} + 2 \text{e}^- \quad (એનોડ)
\]
\[
\text{Ag}^{+} + \text{e}^- \rightarrow \text{Ag} \quad (કેથોડ)
\]
આગળ, કુલ પ્રતિક્રિયા લખો:
\[
\text{Zn} + 2\text{Ag}^{+} \rightarrow \text{Zn}^{2+} + 2\text{Ag}
\]
નોંધ કરો કે n=2 (બે ઇલેક્ટ્રોન સ્થાનાંતરિત). \( Q \) ની કિંમત ગણતરી કરો:
\[
પ્રશ્ન = \frac{[\text{Zn}^{2+}]}{[\text{Ag}^+]^2} = \frac{0.01}{(0.1)^2} = \frac{0.01}{0.01} = 1
\]
\(\ln 1 = 0\), ત્યારથી નર્ન્સ્ટ સમીકરણ:
\[
E = E^\circ – \frac{RT}{nF} \ln Q = E^\circ
\]
તેથી આપણે ફક્ત પ્રમાણભૂત સ્થિતિમાનમાંથી \( E^\circ \) ની ગણતરી કરવાની જરૂર છે:
\[
E_{\text{cell}}^\circ = E_{\text{cathode}}^\circ – E_{\text{anode}}^\circ
= 0.80 \text{ V} – (-0.76 \text{ V})
= ૦.૩૪ \text{ V} + ૦.૭૬ \text{ V}
= ૧.૧૦ \text{ V}
\]
તેથી, બિન-માનક પરિસ્થિતિઓમાં કોષ સ્થિતિમાન 1.56 V રહે છે કારણ કે \(\ln Q\) શૂન્ય છે.
કેસિમ્પુલન
રસાયણશાસ્ત્રમાં, ખાસ કરીને ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ એપ્લિકેશન્સ માટે, ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ માપવા એ એક મહત્વપૂર્ણ કૌશલ્ય છે. પ્રમાણભૂત પોટેન્શિયલ, સંદર્ભ ઇલેક્ટ્રોડ્સનો ઉપયોગ અને નર્ન્સ્ટ સમીકરણનો ઉપયોગ જેવા મૂળભૂત ખ્યાલોને સમજીને, આપણે ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ માપન સંબંધિત વિવિધ સમસ્યાઓનું નિરાકરણ લાવી શકીએ છીએ. ચર્ચા કરાયેલા ઉદાહરણો પ્રમાણભૂત અને બિન-માનક બંને પરિસ્થિતિઓમાં કોષ પોટેન્શિયલ નક્કી કરવા માટે જરૂરી પ્રક્રિયા અને પગલાંઓનું વિહંગાવલોકન પૂરું પાડે છે. આશા છે કે, આ લેખ તમને ઇલેક્ટ્રોકેમિસ્ટ્રી લેબ્સમાં ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ માપવાના ખ્યાલને સમજવા અને લાગુ કરવામાં મદદ કરશે.
