Ajụjụ Ihe Nlereanya Na-ekwu Maka Mkpụrụ Voltaic
Pendahuluan
Mkpụrụ ndụ voltaic, nke a makwaara dị ka mkpụrụ ndụ galvanic, bụ ngwaọrụ nke na-agbanwe ike kemịkalụ ka ọ bụrụ ike eletriki site na mmeghachi omume redox (oxidation-reduction). Mkpụrụ ndụ voltaic nwere elektrọd abụọ, nke a na-ejikarị ọla dị iche iche eme, nke a na-emikpu n'ime elektrọl ma jikọta ya na akwa nnu. N'isiokwu a, anyị ga-atụle ọtụtụ ihe atụ metụtara mkpụrụ ndụ voltaic iji mee ka nghọta anyị banyere ụkpụrụ ọrụ ha na otu esi agbakọ ikike mkpụrụ ndụ.
Ozizi Isi nke Mkpụrụ Voltaic
Tupu anyị agaa n'ihu na nsogbu ihe atụ, ọ dị mkpa ịghọta echiche na ihe ndị bụ isi nke mejupụtara sel Voltaic:
1. Anode na Kathode: N'ime sel Voltaic, anode bụ electrode ebe oxidation na-eme, kathode bụkwa electrode ebe mbelata na-eme. Anode ahụ nwere chajị na-adịghị mma, ebe kathode ahụ nwere chajị dị mma.
2. Ụzọ Electron: Electron na-esi na anode na-asọba na kathode site na sekit mpụga, na-emepụta ọkụ eletrik.
3. Ike Mkpụrụ Ndụ (E°cell): Ike mkpụrụ ndụ bụ ihe dị iche n'etiti elektrọd abụọ. Enwere ike ịgbakọ ike mkpụrụ ndụ nkịtị (E°cell) site na iji usoro a:
\[
E°cell = E°cathode – E°anode
\]
ebe \(E°cathode\) na \(E°anode\) bụ ikike mbelata ọkọlọtọ nke katod na anode.
4. Àkwà Mmiri Nnu: Àkwà mmiri a na-ahazi ụgwọ ion n'ime mmiri abụọ ahụ site n'ikwe ka ion na-agagharị.
Ajụjụ na Mkparịta ụka Ihe Nlereanya
Iji mee ka echiche ndị a doo anya, ka anyị tụlee ụfọdụ nsogbu ihe atụ.
Ajụjụ Ihe Nlereanya nke 1
Ajụjụ:
Gbakọọ ikike mkpụrụ ndụ ọkọlọtọ nke mkpụrụ ndụ Volta nke nwere elektrọd Zn | Zn²⁺ (aq) na elektrọd Cu | Cu²⁺ (aq). A maara na ikike mbelata ọkọlọtọ \(E°\) maka Zn²⁺ | Zn bụ -0.76 V na \(E°\) maka Cu²⁺ | Cu bụ +0.34 V.
Mkparịta ụka:
Nzọụkwụ mbụ bụ ịchọpụta nke bụ anode na kathode.
Zn nwere ike mbelata na-adịghị mma (-0.76 V) karịa Cu (+0.34 V), yabụ Zn ga-arụ ọrụ dị ka anode (ebe oxidation) na Cu dị ka kathode (ebe mbelata).
Ọzọ, anyị na-eji usoro a:
\[
E°cell = E°cathode – E°anode
\]
Dochie ụkpụrụ ndị a maara:
\[
Mkpụrụ ndụ E° = 0.34 V – (-0.76 V)
\]
\[
Mkpụrụ ndụ E° = 0.34 V + 0.76 V
\]
\[
Mkpụrụ ndụ E° = 1.10 V
\]
Ya mere, ikike sel nkịtị bụ 1.10 V.
Ajụjụ Ihe Nlereanya nke 2
Ajụjụ:
E ji elektrọd Fe | Fe²⁺ na elektrọd Ag | Ag⁺ mee sel Voltaic. Ike mbelata ọkọlọtọ maka Fe²⁺ | Fe bụ -0.44 V na maka Ag⁺ | Ag bụ +0.80 V. Gbakọọ ikike sel ọkọlọtọ ma dee mmeghachi omume sel.
Mkparịta ụka:
Dịka ọ dị na mbụ, anyị kwesịrị ikpebi anode na katode. Ebe ọ bụ na ike mbelata nke Fe²⁺/Fe dị njọ karịa nke Ag⁺/Ag, Fe ga-arụ ọrụ dị ka anode na Ag dị ka katode.
Jiri usoro a:
\[
E°cell = E°cathode – E°anode
\]
\[
Mkpụrụ ndụ E° = 0.80 V – (-0.44 V)
\]
\[
Mkpụrụ ndụ E° = 0.80 V + 0.44 V
\]
\[
Mkpụrụ ndụ E° = 1.24 V
\]
Ike sel ọkọlọtọ bụ 1.24 V.
Maka mmeghachi omume mkpụrụ ndụ zuru oke, anyị na-ejikọta mmeghachi omume oxidation na mbelata:
– Mmeghachi omume na anode: \( \text{Fe} \rightarrow \text{Fe}^{2+} + 2\text{e}^- \)
– Mmeghachi omume na kathode: \( \text{Ag}^+ + \text{e}^- \rightarrow \text{Ag} \)
Ịhazi ọnụọgụgụ nke elektrọn na mmeghachi omume abụọ ahụ:
\[
\ederede{Fe} \rightarrow \ederede{Fe}^{2+} + 2\ederede{e}^-
\]
\[
2\ederede{Ag}^+ + 2\ederede{e}^- \rightarrow 2\ederede{Ag}
\]
Mmeghachi omume mkpụrụ ndụ n'ozuzu:
\[
\ederede{Fe} + 2\ederede{Ag}^+ \rightarrow \ederede{Fe}^{2+} + 2\ederede{Ag}
\]
Ajụjụ Ihe Nlereanya nke 3
Ajụjụ:
Gbakọọ ike sel na 25°C maka sel Voltaic nke nwere elektrọd Al | Al³⁺ na elektrọd Ni | Ni²⁺, ọ bụrụ na njupụta Al³⁺ bụ 0.001 M na njupụta Ni²⁺ bụ 1 M. A maara na \(E°\) maka Al³⁺ | Al bụ -1.66 V na \(E°\) maka Ni²⁺ | Ni bụ -0.23 V.
Mkparịta ụka:
Nke mbụ, chọpụta anode na kathode:
– Ike mbelata nke Al³⁺/Al dị njọ karịa (-1.66 V) karịa Ni²⁺/Ni (-0.23 V), yabụ Al bụ anode na Ni bụ katode.
A na-agbakọ ike sel ọkọlọtọ dị ka:
\[
E°cell = E°cathode – E°anode
\]
\[
Mkpụrụ ndụ E° = -0.23 V – (-1.66 V)
\]
\[
Mkpụrụ ndụ E° = -0.23 V + 1.66 V
\]
\[
Mkpụrụ ndụ E° = 1.43 V
\]
Na-esote, anyị na-eji Nernst Equation gbakọọ ike sel n'okpuru ọnọdụ ndị na-abụghị ọkọlọtọ:
\[
E_{cell} = E°cell – \left( \frac{RT}{nF} \right) \ln Q
\]
Ebe \( Q = \frac{[\text{Al}³⁺]}{[\text{Ni}²⁺]} \), R bụ gas constant (8.314 J/mol·K), T bụ okpomọkụ dị na Kelvin (298 K na 25°C), F bụ Faraday constant (96485 C/mol), na n bụ ọnụọgụ elektrọn (6 maka mmeghachi omume metụtara Al³⁺ na Ni²⁺).
Tinye ụkpụrụ ndị a maara n'ime usoro ahụ:
\[
Q = \frac{0.001}{1} = 0.001
\]
\[
E_{cell} = 1.43 V – \left( \frac{8.314 \times 298}{6 \times 96485} \right) \ln 0.001
\]
\[
E_{cell} = 1.43 V – \left( \frac{2477.172}{578910} \nri) \n 0.001
\]
\[
E_{cell} = 1.43 V – (0.00428) \n 0.001
\]
\[
\n 0.001 = -6.907
\]
\[
E_{cell} = 1.43 V – (0.00428 \ugboro -6.907)
\]
\[
E_{cell} = 1.43 V + 0.0295
\]
\[
E_{cell} = 1.4595 V
\]
Ya mere, ike sel na ọnọdụ a bụ ihe dịka 1.46 V.
Mmechi
Mkpụrụ ndụ voltaic bụ echiche dị mkpa na electrochemistry nke na-agbanwe ike kemịkal ka ọ bụrụ ike eletriki. Isiokwu a ewebatala isi ihe dị mkpa nke ozizi mkpụrụ ndụ Voltaic ma nye ihe atụ iji nyere aka mee ka usoro ịgbakọ ike mkpụrụ ndụ doo anya. Site na nghọta a, ndị na-agụ akwụkwọ ga-enwe olileanya ịghọta nke ọma nke mkpụrụ ndụ Voltaic na ojiji ha n'ọtụtụ ọnọdụ.
