Օրինակելի հարցեր, որոնք քննարկում են վոլտային և էլեկտրոլիտային մարտկոցների համեմատությունը
Վոլտային և էլեկտրոլիտային մարտկոցների համեմատությունը քիմիայի, մասնավորապես էլեկտրաքիմիայի ուսումնասիրության կարևոր թեմա է: Երկուսն էլ սարքեր են, որոնք օգտագործվում են քիմիական ռեակցիաներից էլեկտրաէներգիա ստանալու կամ քիմիական ռեակցիաները էլեկտրական էներգիայի կիրառման միջոցով ուղղորդելու համար: Այս հոդվածը օրինակելի խնդիրների և քննարկումների միջոցով կնշի վոլտային և էլեկտրոլիտային մարտկոցների միջև եղած հիմնական տարբերությունները: Նպատակն է ապահովել մարտկոցների երկու տեսակների վերաբերյալ մանրակրկիտ և խորը պատկերացում:
Վոլտային բջիջ
Վոլտային մարտկոցը, որը հայտնի է նաև որպես գալվանական մարտկոց, էլեկտրաքիմիական մարտկոցի տեսակ է, որն ինքնաբուխ քիմիական ռեակցիայի արդյունքում էլեկտրական հոսանք է առաջացնում: Վոլտային մարտկոցում տեղի է ունենում օքսիդա-վերականգնման ռեակցիա, որտեղ տարբեր էլեկտրոդներում տեղի են ունենում վերականգնում և օքսիդացում: Սա ավելի լավ հասկանալու համար դիտարկենք վոլտային մարտկոցի օրինակ:
Օրինակ՝ հարց 1:
Վոլտային մարտկոցի անոդը պատրաստված է ցինկից (Zn), իսկ կաթոդը՝ պղնձից (Cu): Ենթադրենք, որ ստանդարտ վերականգնման պոտենցիալների աղյուսակին ծանոթանալը ցույց է տալիս, որ Cu²⁺/Cu-ի ստանդարտ վերականգնման պոտենցիալը (E°) +0,34 Վ է, իսկ Zn²⁺/Zn-ին՝ -0,76 Վ: Հաշվարկեք այս վոլտային մարտկոցի ստանդարտ բջջային պոտենցիալը (E° բջիջ):
Քննարկում.
Նախ գրեք օքսիդացման և վերականգնման կիսաբջիջային ռեակցիաները։
– Անոդ (օքսիդացում): Zn(s) → Zn²⁺(aq) + 2e⁻
– Կաթոդ (նվազեցում)՝ Cu²⁺(aq) + 2e⁻ → Cu(ներ)
Ստանդարտ բջջային պոտենցիալը (E° բջիջ) հաշվարկվում է կաթոդի և անոդի վերականգնման պոտենցիալի տարբերությունից։
– E° բջիջ = E° կաթոդ – E° անոդ
– E° կաթոդ = +0,34 Վ
– E° անոդ = -0,76 Վ
Այսպիսով, ստանդարտ բջջային պոտենցիալը հետևյալն է՝
\[ E°_{sel} = 0.34V – (-0.76V) \]
\[ E°_{բջիջ} = 0.34V + 0.76V \]
\[ E°_{sel} = 1.10V \]
Այսպիսով, այս վոլտային բջիջի ստանդարտ բջջային պոտենցիալը 1,10 Վ է։
Էլեկտրոլիտիկ բջիջ
Մյուս կողմից, էլեկտրոլիտիկ բջիջները օգտագործում են էլեկտրական էներգիա՝ ոչ ինքնաբուխ քիմիական ռեակցիաներ տեղի ունենալու համար: Էլեկտրոլիտիկ բջիջում արտաքին աղբյուրից եկող էլեկտրական հոսանք է կիրառվում՝ օքսիդա-վերականգնման ռեակցիա առաջացնելու համար, որն ինքնուրույն չէր տեղի ունենա: Եկեք դիտարկենք էլեկտրոլիտիկ բջիջի օրինակ՝ դրա հատկությունները և աշխատանքային սկզբունքները հասկանալու համար:
Օրինակ՝ հարց 2:
Էլեկտրոլիզի գործընթացում ալյումինը ստացվում է հալված ալյումինի օքսիդից (Al₂O₃): Հաշվարկեք 1 մոլ ալյումին (Al) ստանալու համար անհրաժեշտ էլեկտրաէներգիայի քանակը: Ենթադրենք, որ Al-ի մեկ մոլը պահանջում է երեք մոլ էլեկտրոն:
Քննարկում.
Էլեկտրոլիզի էլեկտրաքիմիական հավասարման համաձայն՝
\[ Al^{3+}(aq) + 3e⁻ → Al(s) \]
Հայտնի է, որ ալյումինի յուրաքանչյուր մոլը պահանջում է 3 մոլ էլեկտրոն։ Ֆարադեյի օրենքի համաձայն՝ անհրաժեշտ էլեկտրաէներգիայի (Q) քանակը կարելի է հաշվարկել հետևյալ բանաձևով.
\[ Q = n \cdot F \]
Որտեղ՝
– n-ը էլեկտրոնների մոլերի թիվն է
– F-ը Ֆարադեյի հաստատունն է (96500 C/մոլ էլեկտրոններ)
1 մոլ Al ստանալու համար՝
\[ n = 3 \text{ մոլ էլեկտրոններ} \]
Այսպիսով, էլեկտրաէներգիայի քանակը (Q):
\[ Q = 3 \cdot 96500 \]
\[ Q = 289500 \text{ C} \]
Այսպիսով, 1 մոլ ալյումին արտադրելու համար անհրաժեշտ է 289500 կուլոն էլեկտրաէներգիա։
Վոլտային և էլեկտրոլիտային մարտկոցների համեմատություն
Հետևյալ աղյուսակը ամփոփում է վոլտային և էլեկտրոլիտիկ մարտկոցների միջև եղած հիմնական տարբերությունները.
| Ասպեկտներ | Վոլտային մարտկոց | Էլեկտրոլիտային մարտկոց |
|—————————–|——————————————|———————————–|
| Էներգիայի աղբյուրներ | Քիմիական ռեակցիաներ | Էլեկտրական էներգիա |
| Ռեակցիայի տեսակ | Ինքնաբուխ | Ոչ ինքնաբուխ |
| Անոդ (-)/Կաթոդ (+) | Անոդ (-), Կաթոդ (+) | Անոդ (+), Կաթոդ (-) |
| Նպատակ | Էլեկտրաէներգիայի արտադրություն | Քիմիական ռեակցիաների առաջացում |
| Կիրառություններ | Մարտկոցներ, վառելիքային բջիջներ | Ծածկապատում, մետաղի ձուլում, զտում |
Էներգիայի աղբյուրներ՝
Վոլտային մարտկոցները էլեկտրական էներգիա են արտադրում ինքնաբուխ քիմիական ռեակցիաներից, մինչդեռ էլեկտրոլիտիկ մարտկոցները օգտագործում են արտաքին աղբյուրից ստացված էլեկտրական էներգիան՝ ոչ ինքնաբուխ ռեակցիաները ստիպելու համար։
Ռեակցիայի տեսակը՝
Վոլտային մարտկոցում ինքնաբուխ ռեակցիան առաջացնում է էլեկտրոնների հոսք անոդից դեպի կաթոդ՝ արտաքին շղթայի միջոցով: Էլեկտրոլիտային մարտկոցում արտաքին էլեկտրական հոսանքն օգտագործվում է այնպիսի ռեակցիա առաջացնելու համար, որն ինքնուրույն չէր տեղի ունենա:
Անոդ և կաթոդ.
Վոլտային մարտկոցում անոդը բացասական էլեկտրոդ է, իսկ կաթոդը՝ դրական էլեկտրոդ։ Էլեկտրոլիտիկ մարտկոցում անոդը դրական էլեկտրոդ է, իսկ կաթոդը՝ բացասական էլեկտրոդ։ Սա հիմնական տարբերություններից մեկն է, որը հաճախ շփոթեցնում է ուսանողներին։
Նպատակը:
Վոլտային մարտկոցի հիմնական նպատակը էլեկտրաէներգիա առաջացնելն է, մինչդեռ էլեկտրոլիտիկ մարտկոցն օգտագործվում է քիմիական ռեակցիաներ առաջացնելու համար, ինչպիսիք են մետաղի մաքրումը կամ ջրի էլեկտրոլիզը։
Կիրառում:
Վոլտային մարտկոցները լայնորեն օգտագործվում են մարտկոցներում և վառելիքային մարտկոցներում, որոնք էլեկտրաէներգիա են արտադրում տարբեր կիրառությունների համար: Էլեկտրոլիտիկ մարտկոցները օգտագործվում են արդյունաբերական գործընթացներում, ինչպիսիք են մետաղի ձուլումը, էլեկտրոլիտիկ ծածկույթը և մետաղի մաքրումը:
Եզրակացություն
Ե՛վ վոլտային, և՛ էլեկտրոլիտիկ մարտկոցները կարևոր դեր են խաղում այսօրվա տեխնոլոգիայում: Էլեկտրաքիմիայի հասկացությունները յուրացնելու համար կարևոր է հասկանալ, թե ինչպես է աշխատում յուրաքանչյուր տեսակի մարտկոցը և ինչպես հաշվարկել դրանց մեջ ներգրավված տարբեր պարամետրերը օրինակելի խնդիրների միջոցով: Վերոնշյալ քննարկման մեջ մենք ընդգծել ենք վոլտային և էլեկտրոլիտիկ մարտկոցների միջև եղած հիմնարար տարբերությունները, ներառյալ դրանց էներգիայի աղբյուրները, ռեակցիաների տեսակները և դրանց կիրառման օրինակները առօրյա կյանքում:
Այս երկու տեսակի բջիջների լավ ըմբռնմամբ դուք ավելի լավ պատրաստված կլինեք լուծելու քիմիայի քննությունների տարբեր հարակից խնդիրներ և կիրառելու դրանք տարբեր ժամանակակից գործիքներում և տեխնոլոգիաներում։
