ឧទាហរណ៍សំណួរ ការពិភាក្សាអំពីកោសិកាអេឡិចត្រូគីមី៖ ការយល់ដឹងអំពីមូលដ្ឋានគ្រឹះនៃអេឡិចត្រូគីមីតាមរយៈសំណួរឧទាហរណ៍
អេឡិចត្រូគីមីវិទ្យា គឺជាសាខាមួយនៃគីមីវិទ្យាដែលសិក្សាពីទំនាក់ទំនងរវាងប្រតិកម្មគីមី និងចរន្តអគ្គិសនី។ នៅក្នុងអេឡិចត្រូគីមីវិទ្យា យើងតែងតែពិភាក្សាអំពីប្រភេទកោសិកាសំខាន់ៗពីរគឺ កោសិកាហ្គាវ៉ានិច (ឬវ៉ុលតាអ៊ីក) និងកោសិកាអេឡិចត្រូលីត។ កោសិកាទាំងពីរប្រភេទប្រើប្រាស់ប្រតិកម្មរីដុកដើម្បីបង្កើត ឬប្រើប្រាស់អគ្គិសនី។
នៅក្នុងអត្ថបទនេះ យើងនឹងពិភាក្សាអំពីឧទាហរណ៍មួយចំនួននៃកោសិកាអេឡិចត្រូគីមី ដែលនឹងជួយពង្រឹងការយល់ដឹងរបស់យើងអំពីគោលគំនិតនេះ។
១. សំណួរ៖ កោសិកាហ្គាវ៉ានិច
ឧទាហរណ៍ ចូរយើងយកក្រឡាហ្គាល់វ៉ានិចដែលមានអេឡិចត្រូតស័ង្កសី (Zn) ដែលជ្រលក់ក្នុងដំណោះស្រាយ ZnSO₄ និងអេឡិចត្រូតទង់ដែង (Cu) ដែលជ្រលក់ក្នុងដំណោះស្រាយ CuSO₄។ សូមសរសេរប្រតិកម្មដែលកើតឡើងនៅអេឡិចត្រូតនីមួយៗ ក៏ដូចជាប្រតិកម្មទាំងមូលនៅក្នុងក្រឡាហ្គាល់វ៉ានិចនេះ។
ប៉េបាហាសាន៖
១. ប្រតិកម្មនៅអេឡិចត្រូតស័ង្កសី (អាណូត អុកស៊ីតកម្ម)៖
ប្រតិកម្ម៖ \( Zn(s) \rightarrow Zn^{2+}(aq) + 2e^- \)
នៅទីនេះ ស័ង្កសីត្រូវបានកត់សុីទៅជាអ៊ីយ៉ុងស័ង្កសី (Zn²⁺) ហើយបញ្ចេញអេឡិចត្រុងពីរ។
2. ប្រតិកម្មនៅអេឡិចត្រូតទង់ដែង (កាតូត រ៉េដុច)៖
ប្រតិកម្ម៖ \(Cu^{2+}(aq) + 2e^- \rightarrow Cu(s) \)
នៅទីនេះ អ៊ីយ៉ុងទង់ដែង (Cu²⁺) ទទួលយកអេឡិចត្រុងពីរ ហើយត្រូវបានកាត់បន្ថយទៅជាទង់ដែងរឹង (Cu)។
៣. ប្រតិកម្មរួមនៅក្នុងកោសិកាហ្គាឡង់៖
ផ្សំប្រតិកម្មពាក់កណ្តាលទាំងពីរនេះ ដើម្បីទទួលបានប្រតិកម្មរួម៖
\( Zn(s) + Cu^{2+}(aq) \rightarrow Zn^{2+}(aq) + Cu(s) \)
ជាទូទៅ វាអាចសន្និដ្ឋានបានថា នៅក្នុងកោសិកា galvanic ភាពឯកឯងនៃប្រតិកម្ម redox ត្រូវបានប្រើដើម្បីបង្កើតចរន្តអគ្គិសនី។
២. សំណួរ៖ សក្តានុពលកោសិកា
ដោយផ្តល់ឱ្យសក្តានុពលកាត់បន្ថយស្តង់ដារសម្រាប់ Zn²⁺/Zn = -0,76 V និង Cu²⁺/Cu = +0,34 V។ គណនាសក្តានុពលកោសិកានៃកោសិកាហ្គាឡង់ដែលបានពិភាក្សាពីមុន។
ប៉េបាហាសាន៖
សក្តានុពលកោសិកា (E°_cell) អាចត្រូវបានគណនាដោយប្រើសមីការ៖
\[
E°_{cell} = E°_{cathode} – E°_{anode}
\]
ឌីម៉ាណា៖
– កាតូត គឺជាអេឡិចត្រូតដែលការកាត់បន្ថយកើតឡើង (Cu²⁺/Cu ជាមួយ E° = +0.34 V)
– អាណូតគឺជាអេឡិចត្រូតដែលអុកស៊ីតកម្មកើតឡើង (Zn²⁺/Zn ជាមួយ E° = -0.76 V)
\[
E°_{sel} = 0.34\, V – (-0.76\, V) = 0.34\, V + 0.76\, V = 1.10\, V
\]
ដូច្នេះសក្តានុពលកោសិកានៃកោសិកាហ្គាឡង់គឺ 1,10 V។
៣. សំណួរ៖ កោសិកាអេឡិចត្រូលីត
នៅក្នុងកោសិកាអេឡិចត្រូលីត ដំណោះស្រាយសូដ្យូមក្លរួ (NaCl) ត្រូវបានរៀបចំនៅខាងក្នុងកោសិកាអេឡិចត្រូលីតជាមួយអេឡិចត្រូតអសកម្ម។ សូមសរសេរប្រតិកម្មដែលកើតឡើងនៅអេឡិចត្រូតនីមួយៗ។
ប៉េបាហាសាន៖
នៅក្នុងកោសិកាអេឡិចត្រូលីត អគ្គិសនីត្រូវបានប្រើដើម្បីជំរុញប្រតិកម្មមិនឯកឯង។ នៅក្នុងកោសិកាអេឡិចត្រូលីតដែលមានដំណោះស្រាយ NaCl យើងមាន៖
១. ប្រតិកម្មនៅកាតូត (រ៉េដុច)៖
\[
2H_2O(l) + 2e^- \rightarrow H_2(g) + 2OH^-(aq)
\]
នៅក្នុងដំណោះស្រាយ NaCl ពនលាយភាគច្រើន ទឹកនឹងត្រូវបានកាត់បន្ថយមុនសូដ្យូម ពីព្រោះសក្តានុពលកាត់បន្ថយនៃទឹកមានភាពវិជ្ជមានច្រើនជាង (-0.83 V) ជាងសូដ្យូម (-2.71 V)។
2. ប្រតិកម្មនៅអាណូត (អុកស៊ីតកម្ម):
\[
2Cl^-(aq) \rightarrow Cl_2(g) + 2e^-
\]
នៅអាណូត អ៊ីយ៉ុងក្លរួត្រូវបានកត់សុីទៅជាឧស្ម័នក្លរ។
៣. ប្រតិកម្មរួម៖
ផ្សំប្រតិកម្មនៅ cathode និង anode សម្រាប់ប្រតិកម្មទាំងមូល៖
\[
2H_2O(l) + 2Cl^-(aq) \rightarrow H_2(g) + Cl_2(g) + 2OH^-(aq)
\]
នៅក្នុងដំណើរការអេឡិចត្រូលីសទឹកប្រៃនេះ ឧស្ម័នអ៊ីដ្រូសែន និងឧស្ម័នក្លរីន ត្រូវបានផលិតរួមគ្នាជាមួយនឹងដំណោះស្រាយបាស (NaOH) ដោយសារតែអន្តរកម្មនៃអ៊ីយ៉ុងនៅក្នុងដំណោះស្រាយ។
៤. សំណួរ៖ ច្បាប់អេឡិចត្រូលីសរបស់ហ្វារ៉ាដេយ
តើមានទង់ដែងប៉ុន្មានក្រាមត្រូវបានធ្លាក់ចេញពីដំណោះស្រាយ CuSO₄ ប្រសិនបើចរន្តអគ្គិសនី 2 ហ្វារ៉ាដេត្រូវបានឆ្លងកាត់ដំណោះស្រាយ?
ប៉េបាហាសាន៖
ច្បាប់ហ្វារ៉ាដេយចែងថា បរិមាណសារធាតុដែលដាក់លើអេឡិចត្រូតកំឡុងពេលអេឡិចត្រូលីសគឺសមាមាត្រទៅនឹងបរិមាណចរន្តអគ្គិសនីដែលឆ្លងកាត់វា។ ម៉ាស់នៃសារធាតុ (ម) អាចត្រូវបានគណនាដោយប្រើសមីការ៖
\[
m = \frac{M\cdot Q}{n\cdot F}
\]
ឌីម៉ាណា៖
- ម គឺជាម៉ាស់នៃសារធាតុដែលបានដាក់
– \(M\) គឺជាម៉ាស់ម៉ូលនៃសារធាតុ (សម្រាប់ Cu, M = 63.5 ក្រាម/ម៉ូល)
– \(Q\) គឺជាបរិមាណបន្ទុកអគ្គិសនី (ជាគូឡុំប គណនាជា \(Q = n\cdot F\) ដែល n ជាចំនួនហ្វារ៉ាដេយ)
– \(n\) គឺជាចំនួនម៉ូលនៃអេឡិចត្រុងដែលពាក់ព័ន្ធនឹងប្រតិកម្ម (សម្រាប់ Cu²⁺/Cu, n = 2)
– \(F\) គឺជាថេររបស់ហ្វារ៉ាដេយ (96500 C/mol)
ជាមួយនឹងចរន្តហ្វារ៉ាដេយ 2:
\[
ម = \frac{63.5 ក្រាម/ម៉ូល \cdot 2 \cdot 96500 C}{2 \cdot 96500 C/ម៉ូល}
\]
ធ្វើឱ្យសមីការសាមញ្ញ៖
\[
ម = ៦៣.៥ ក្រាម
\]
លទ្ធផលគឺថា ទង់ដែង 63.5 ក្រាមត្រូវបានដាក់បញ្ចូលតាមរយៈអេឡិចត្រូលីសនេះ។
សេចក្តីសន្និដ្ឋាន
ការយល់ដឹងអំពីកោសិកាអេឡិចត្រូគីមីតម្រូវឱ្យមានចំណេះដឹងអំពីប្រតិកម្មរីដុក ការគណនាសក្តានុពលកោសិកា និងស្តូគីយ៉ូម៉ែត្រីអេឡិចត្រូគីមី។ ការយល់ដឹងអំពីបញ្ហាឧទាហរណ៍ដូចខាងលើគឺមានប្រយោជន៍ក្នុងការបញ្ជាក់ឱ្យច្បាស់អំពីគោលគំនិតជាមូលដ្ឋាន និងការអនុវត្តរបស់វានៅក្នុងកោសិកាអេឡិចត្រូគីមីប្រភេទផ្សេងៗ។ ជាចុងក្រោយ សូមបន្តអនុវត្តជាមួយនឹងបញ្ហាផ្សេងៗដើម្បីធ្វើឱ្យការយល់ដឹងនេះកាន់តែស៊ីជម្រៅ ជាពិសេសសម្រាប់ការអនុវត្តទ្រឹស្តី និងការអនុវត្តជាក់ស្តែងនៅក្នុងវិស័យវិទ្យាសាស្ត្រ និងឧស្សាហកម្មផ្សេងៗ។
