ឧទាហរណ៍សំណួរពិភាក្សាអំពីការប្រើប្រាស់ទិន្នន័យសក្តានុពលអេឡិចត្រូតស្តង់ដារ
សក្តានុពលអេឡិចត្រូតស្តង់ដារ (E°) ដើរតួនាទីយ៉ាងសំខាន់ក្នុងគីមីវិទ្យា ជាពិសេសក្នុងការយល់ដឹងអំពីប្រតិកម្មរីដុក និងអេឡិចត្រូគីមី។ វាផ្តល់នូវវិធីមួយដើម្បីទស្សន៍ទាយទិសដៅនៃប្រតិកម្មរីដុក និងប្រៀបធៀបកម្លាំងនៃសារធាតុអុកស៊ីតកម្ម និងសារធាតុកាត់បន្ថយ។ អត្ថបទនេះនឹងបង្ហាញឧទាហរណ៍ជាច្រើននៃការប្រើប្រាស់ទិន្នន័យសក្តានុពលអេឡិចត្រូតស្តង់ដារ ដើម្បីបង្ហាញពីការអនុវត្តរបស់វានៅក្នុងស្ថានភាពពិភពពិត។
សេចក្តីផ្តើមអំពីសក្តានុពលអេឡិចត្រូតស្តង់ដារ
សក្តានុពលអេឡិចត្រូតស្តង់ដារវាស់ទំនោរនៃធាតុ ឬសមាសធាតុមួយក្នុងការទទួល ឬបាត់បង់អេឡិចត្រុងក្រោមលក្ខខណ្ឌស្តង់ដារ (1 M, 1 atm និង 25°C)។ សក្តានុពលអេឡិចត្រូតស្តង់ដារត្រូវបានបង្ហាញជាវ៉ុល (V) ហើយជារឿយៗត្រូវបានប្រៀបធៀបទៅនឹងសក្តានុពលអេឡិចត្រូតអ៊ីដ្រូសែនស្តង់ដារ (SHE) ដែលត្រូវបានយកជា 0 V។
ឧទាហរណ៍សំណួរទី 1: ការកំណត់ប្រតិកម្មដោយឯកឯង
សំណួរ៖
គណនាថាតើប្រតិកម្មខាងក្រោមនេះនឹងកើតឡើងដោយឯកឯងឬអត់៖
\[ \text{Zn}^{2+} + \text{Cu} \rightarrow \text{Zn} + \text{Cu}^{2+} \]
សក្តានុពលអេឡិចត្រូតស្តង់ដារដែលត្រូវការគឺ៖
– \(\text{Zn}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Zn} \) \( E° = -0.76 \, \text{V} \)
- \(\text{Cu}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Cu} \) \(E° = +0.34 \, \text{V} \)
ប៉េបាហាសាន៖
១. កំណត់ប្រតិកម្មពាក់កណ្តាលកោសិកា៖
ប្រតិកម្មកាត់បន្ថយពាក់កណ្តាលកោសិកា៖
– ប្រតិកម្មពាក់កណ្តាលអុកស៊ីតកម្ម៖ \[\text{Zn}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Zn} \, \text{(រ៉េឌីសង់, E° = -0.76 V)} \]
– ប្រតិកម្មពាក់កណ្តាលនៃការកាត់បន្ថយ៖ \[\text{Cu}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Cu} \, \text{(ការកាត់បន្ថយ, E° = +0.34 V)} \]
២. ការកំណត់អត្តសញ្ញាណប្រតិកម្ម៖
បញ្ច្រាសប្រតិកម្មដែលមានសក្តានុពលទាបជាង ដើម្បីឱ្យវាក្លាយជាអុកស៊ីតកម្ម៖
– \[\text{Zn} \rightarrow \text{Zn}^{2+} + 2e^{-} \, \text{(អុកស៊ីតកម្ម, E° = +0.76 V)} \]
ប្រតិកម្មដែលនៅសល់៖
– \\[\text{Cu}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Cu} \\, \text{(កាត់បន្ថយ, E° = +0.34 V)} \]
៣. គណនា E° សរុប (សក្តានុពលកោសិកា)៖
– \[ E°_{\text{cell}} = E°_{\text{reduction}} + E°_{\text{oxidation}} = +0.34 \, \text{V} + (+0.76 \, \text{V}) = +1.10 \, \text{V} \]
ដោយសារប៉ូតង់ស្យែលកោសិកា (E°_{\text{cell}}) មានលក្ខណៈវិជ្ជមាន ប្រតិកម្មនេះគឺដោយឯកឯង។
ឧទាហរណ៍សំណួរទី 2: ការកំណត់សក្តានុពលលំនឹង
សំណួរ៖
គណនាសក្តានុពលកោសិកាសម្រាប់ប្រតិកម្មខាងក្រោមនៅសីតុណ្ហភាពស្តង់ដារ៖
\[ \text{Fe}^{2+} + \text{Ag} \rightarrow \text{Fe} + \text{Ag}^{+} \]
សក្តានុពលអេឡិចត្រូតស្តង់ដារ៖
– \(\text{Fe}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Fe} \) \( E° = -0.44 \, \text{V} \)
– \(\text{Ag}^{+} + e^{-} \rightarrow \text{Ag} \) \( E° = +0.80 \, \text{V} \)
ប៉េបាហាសាន៖
១. កំណត់ប្រតិកម្មពាក់កណ្តាលកោសិកា៖
ប្រតិកម្មកាត់បន្ថយពាក់កណ្តាលកោសិកា៖
– \[\text{Fe}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Fe} \, \text{(ការកាត់បន្ថយ, E° = -0.44 V)} \]
– \[\text{Ag}^{+} + e^{-} \rightarrow \text{Ag} \, \text{(ការកាត់បន្ថយ, E° = +0.80 V)} \]
២. កំណត់ប្រតិកម្មពាក់កណ្តាល៖
បញ្ច្រាសប្រតិកម្មដែលមានតម្លៃអវិជ្ជមានតូចជាង (វិជ្ជមានជាង)៖
– \[\text{Fe} \rightarrow \text{Fe}^{2+} + 2e^{-} \, \text{(អុកស៊ីតកម្ម, E° = +0.44 V)} \]
ប្រតិកម្មដែលនៅសល់៖
– \[\text{Ag}^{+} + e^{-} \rightarrow \text{Ag} \, \text{(ការកាត់បន្ថយ, E° = +0.80 V)} \]
៣. គណនា E° សរុប (សក្តានុពលកោសិកា)៖
– \[ E°_{\text{cell}} = E°_{\text{reduction}} + E°_{\text{oxidation}} = +0.80 \, \text{V} + (+0.44 \, \text{V}) = +1.24 \, \text{V} \]
សក្តានុពលកោសិកាវិជ្ជមានបង្ហាញថាប្រតិកម្មនេះដំណើរការដោយឯកឯងក្រោមលក្ខខណ្ឌស្តង់ដារ។
ឧទាហរណ៍ទី 3: ការគណនាថាមពលសេរី Gibbs
សំណួរ៖
កំណត់ការប្រែប្រួលនៃថាមពលសេរី Gibbs (ΔG) សម្រាប់ប្រតិកម្មដូចខាងក្រោម៖
\[ \text{Al} + \text{Cu} ^{2+} \rightarrow \text{Al} ^{3+} + \text{Cu} \]
ដោយផ្តល់សក្តានុពលអេឡិចត្រូតស្តង់ដារ៖
– \(\text{Al} ^{3+} + 3e^{-} \rightarrow \text{Al} \) \( E° = -1.66 \, \text{V} \)
- \(\text{Cu}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Cu} \) \(E° = +0.34 \, \text{V} \)
ប៉េបាហាសាន៖
១. កំណត់ប្រតិកម្មពាក់កណ្តាលកោសិកា៖
ប្រតិកម្មកាត់បន្ថយពាក់កណ្តាលកោសិកា៖
– \[\text{Al} ^{3+} + 3e^{-} \rightarrow \text{Al} \, \text{(ការកាត់បន្ថយ, E° = -1.66 V)} \]
– \\[\text{Cu}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Cu} \\, \text{(កាត់បន្ថយ, E° = +0.34 V)} \]
២. ការកំណត់អត្តសញ្ញាណប្រតិកម្ម៖
បញ្ច្រាសប្រតិកម្មដែលមានសក្តានុពលទាបជាង ដើម្បីឱ្យវាក្លាយជាអុកស៊ីតកម្ម៖
– \[\text{Al} \rightarrow \text{Al}^{3+} + 3e^{-} \, \text{(អុកស៊ីតកម្ម, E° = +1.66 V)} \]
ប្រតិកម្មដែលនៅសល់៖
– \\[\text{Cu}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Cu} \\, \text{(កាត់បន្ថយ, E° = +0.34 V)} \]
៣. តុល្យភាពអេឡិចត្រុង៖
ធ្វើឱ្យចំនួនអេឡិចត្រុងស្មើគ្នាសម្រាប់ប្រតិកម្ម៖
– 2 \(\text{Al} \rightarrow 2\text{Al} ^{3+} + 6e^{-} \) \[\text{(អុកស៊ីតកម្ម, E° = +1.66 V)} \]
– 3 \(\text{Cu}^{2+} + 6e^{-} \rightarrow 3\text{Cu} \) \[\text{(កាត់បន្ថយ, E° = +0.34 V)} \]
៣. គណនា E° សរុប (សក្តានុពលកោសិកា)៖
– \[ E°_{\text{cell}} = (+0.34 \, \text{V} \គុណ 3) + (+1.66 \, \text{V} \គុណ 2) \]
កំហុសនៅទីនេះ៖ មធ្យម៖
– \[ E°_{\text{cell}} = +0.34 \, \text{V} + +1.66 \, \text{V} = +2.00 \, \text{V}\]
៥. គណនា ΔG៖
រូបមន្ត៖ \(\Delta G = -nFE_{\text{cell}}\)
– \[n = 6 \, \text{អេឡិចត្រុង} \]
– \[F = 96485 \, \text{C/mol} \]
– \[ \Delta G = -6 \ដង 96485 \, \text{C/mol} \ដង +2.00 \, \text{V}\]
– \\[= -1157820 \\, \text{J/mol} \\]
- \\[ = -1157.82 \\, \text{kJ/mol}\]
ដូច្នេះ ΔG អវិជ្ជមានបង្ហាញថាប្រតិកម្មនេះគឺដោយឯកឯង។
សេចក្តីសន្និដ្ឋាន
ទិន្នន័យសក្តានុពលអេឡិចត្រូតស្តង់ដារផ្តល់នូវវិធីជាក់ស្តែងមួយដើម្បីទស្សន៍ទាយទិសដៅដែលប្រតិកម្មរីដុកនឹងដំណើរការ លទ្ធភាពដែលវាដំណើរការ និងទំនាក់ទំនងរបស់វាទៅនឹងការផ្លាស់ប្តូរថាមពលសេរី Gibbs។ ឧទាហរណ៍បញ្ហាខាងលើបង្ហាញពីរបៀបដែលទិន្នន័យនេះអាចត្រូវបានប្រើដើម្បីកំណត់ភាពឯកឯងនៃប្រតិកម្មរីដុក និងការគណនាថាមពលដែលពាក់ព័ន្ធ។ សម្រាប់សិស្ស ឬអ្នកដែលសិក្សាគីមីវិទ្យា ការយល់ដឹងអំពីទិន្នន័យសក្តានុពលអេឡិចត្រូតស្តង់ដារ និងកម្មវិធីរបស់វាគឺជាមូលដ្ឋានគ្រឹះដ៏សំខាន់សម្រាប់ការយល់ដឹងអំពីប្រតិកម្មអេឡិចត្រូគីមីដែលស្មុគស្មាញជាងនេះ។
