ವಿದ್ಯುದ್ರಾಸಾಯನಶಾಸ್ತ್ರ ಚರ್ಚಾ ಪ್ರಶ್ನೆಗಳ ಉದಾಹರಣೆ
ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಕೆಮಿಸ್ಟ್ರಿಯು ರಸಾಯನಶಾಸ್ತ್ರದ ಒಂದು ಶಾಖೆಯಾಗಿದ್ದು ಅದು ರಾಸಾಯನಿಕ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಗಳು ಮತ್ತು ವಿದ್ಯುತ್ ಶಕ್ತಿಯ ಬದಲಾವಣೆಗಳ ನಡುವಿನ ಸಂಬಂಧವನ್ನು ಅಧ್ಯಯನ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಕೆಮಿಸ್ಟ್ರಿಯಲ್ಲಿ, ಎರಡು ಮುಖ್ಯ ಪರಿಕಲ್ಪನೆಗಳಿವೆ: ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಣ (ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳ ಬಿಡುಗಡೆ) ಮತ್ತು ಕಡಿತ (ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳ ಲಾಭ). ಈ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳನ್ನು ಎರಡು ರೀತಿಯ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಕೆಮಿಕಲ್ ಕೋಶಗಳಲ್ಲಿ ಗಮನಿಸಬಹುದು: ವೋಲ್ಟಾಯಿಕ್ ಕೋಶಗಳು (ಗಾಲ್ವನಿಕ್ ಕೋಶಗಳು) ಮತ್ತು ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಲೈಟಿಕ್ ಕೋಶಗಳು. ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಕೆಮಿಸ್ಟ್ರಿಯನ್ನು ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳಲು ನಿಮಗೆ ಸಹಾಯ ಮಾಡಲು ಕೆಲವು ಉದಾಹರಣೆ ಸಮಸ್ಯೆಗಳು ಮತ್ತು ಅವುಗಳ ವಿವರಣೆಗಳು ಕೆಳಗೆ ಇವೆ.
ಉದಾಹರಣೆ ಪ್ರಶ್ನೆ 1: ವೋಲ್ಟಾಯಿಕ್ ಕೋಶ
ಪ್ರಶ್ನೆ:
ಉಪ್ಪು ಸೇತುವೆಯ ಮೂಲಕ ಸಂಪರ್ಕಗೊಂಡಿರುವ ಸತು (Zn) ಮತ್ತು ತಾಮ್ರ (Cu) ವಿದ್ಯುದ್ವಾರಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ವೋಲ್ಟಾಯಿಕ್ ಕೋಶವನ್ನು ನೀಡಲಾಗಿದೆ. Zn ಅನ್ನು 1 M ZnSO4 ದ್ರಾವಣದಲ್ಲಿ ಅದ್ದಿ ಮತ್ತು Cu ಅನ್ನು 1 M CuSO4 ದ್ರಾವಣದಲ್ಲಿ ಅದ್ದಿ. ಪ್ರತಿ ವಿದ್ಯುದ್ವಾರದಲ್ಲಿ ಸಂಭವಿಸುವ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಗಳನ್ನು ಬರೆಯಿರಿ ಮತ್ತು ವೋಲ್ಟಾಯಿಕ್ ಕೋಶದ ಸಂಭಾವ್ಯ ವ್ಯತ್ಯಾಸವನ್ನು (EMF) ಲೆಕ್ಕಹಾಕಿ. ಪ್ರಮಾಣಿತ ವಿದ್ಯುದ್ವಾರ ಸಂಭಾವ್ಯ ದತ್ತಾಂಶ:
\[ E^o_{\ಪಠ್ಯ{Zn}^{2+}/\ಪಠ್ಯ{Zn}} = -0.76 \, \ಪಠ್ಯ{V} \]
\[ E^o_{\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}} = +0.34 \, \text{V} \]
ಚರ್ಚೆ:
ಮೊದಲ ಹಂತವೆಂದರೆ ಸಂಭವಿಸುವ ರೆಡಾಕ್ಸ್ ಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ನಿರ್ಧರಿಸುವುದು. ವೋಲ್ಟಾಯಿಕ್ ಕೋಶದಲ್ಲಿ, ಸ್ವಯಂಪ್ರೇರಿತ ರೆಡಾಕ್ಸ್ ಕ್ರಿಯೆಯು ಎಲ್ಲಿ ಸಂಭವಿಸುತ್ತದೆ
– ಸತು (Zn) ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಣಕ್ಕೆ ಒಳಗಾಗುತ್ತದೆ:
\[ \ಪಠ್ಯ{Zn (ಗಳು)} \ಬಲ ಬಾಣ \ಪಠ್ಯ{Zn}^{2+} (aq) + 2e^- \]
– ತಾಮ್ರ (Cu) ಕಡಿತಕ್ಕೆ ಒಳಗಾಗುತ್ತದೆ:
\[ \text{Cu}^{2+} (aq) + 2e^- \rightarrow \text{Cu (s)} \]
ವೋಲ್ಟಾಯಿಕ್ ಕೋಶದಲ್ಲಿನ ಒಟ್ಟು ರೆಡಾಕ್ಸ್ ಕ್ರಿಯೆ:
\[ \ಪಠ್ಯ{Zn (ಗಳು)} + \ಪಠ್ಯ{Cu}^{2+} (aq) \ಬಲ ಬಾಣ \ಪಠ್ಯ{Zn}^{2+} (aq) + \ಪಠ್ಯ{Cu (ಗಳು)} \]
ಮುಂದೆ, ನಾವು ಜೀವಕೋಶದ ವಿಭವ ವ್ಯತ್ಯಾಸವನ್ನು ಲೆಕ್ಕ ಹಾಕುತ್ತೇವೆ:
\[ E_{\ಪಠ್ಯ{ಕೋಶ}} = E^o_{\ಪಠ್ಯ{ಕ್ಯಾಥೋಡ್}} – E^o_{\ಪಠ್ಯ{ಆನೋಡ್}} \]
ಎಲ್ಲಿ:
– ಕ್ಯಾಥೋಡ್ ಎಂಬುದು ಕಡಿತ (Cu) ಸಂಭವಿಸುವ ವಿದ್ಯುದ್ವಾರವಾಗಿದೆ.
– ಆನೋಡ್ ಎಂಬುದು ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಣ (Zn) ಸಂಭವಿಸುವ ವಿದ್ಯುದ್ವಾರವಾಗಿದೆ.
ಆದ್ದರಿಂದ,
\[ E_{\ಪಠ್ಯ{sel}} = 0.34 \, \ಪಠ್ಯ{V} – (-0.76 \, \ಪಠ್ಯ{V}) \]
\[ E_{\ಪಠ್ಯ{sel}} = 0.34 \, \ಪಠ್ಯ{V} + 0.76 \, \ಪಠ್ಯ{V} = 1.10 \, \ಪಠ್ಯ{V} \]
ತೀರ್ಮಾನ:
– ಆನೋಡ್ (Zn) ನಲ್ಲಿ ಸಂಭವಿಸುವ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ:
\[ \ಪಠ್ಯ{Zn (ಗಳು)} \ಬಲ ಬಾಣ \ಪಠ್ಯ{Zn}^{2+} (aq) + 2e^- \]
– ಕ್ಯಾಥೋಡ್ (Cu) ನಲ್ಲಿ ಸಂಭವಿಸುವ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ:
\[ \text{Cu}^{2+} (aq) + 2e^- \rightarrow \text{Cu (s)} \]
– ಕೋಶ ವಿಭವ ವ್ಯತ್ಯಾಸ (EMF): 1.10 V
-
ಉದಾಹರಣೆ ಪ್ರಶ್ನೆ 2: ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಲೈಟಿಕ್ ಕೋಶ
ಪ್ರಶ್ನೆ:
NaCl ದ್ರಾವಣದ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆಯಲ್ಲಿ, ಪ್ಲಾಟಿನಂ (Pt) ನಂತಹ ಜಡ ವಿದ್ಯುದ್ವಾರವನ್ನು ಬಳಸಿದರೆ ಕ್ಯಾಥೋಡ್ ಮತ್ತು ಆನೋಡ್ನಲ್ಲಿ ಸಂಭವಿಸುವ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಗಳನ್ನು ತಿಳಿಸಿ. 1 ಗ್ರಾಂ Cl2 ಅನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸಲು ಅಗತ್ಯವಿರುವ ಒಟ್ಟು ಚಾರ್ಜ್ ಅನ್ನು ಲೆಕ್ಕಹಾಕಿ. (Ar Cl = 35.5)
ಚರ್ಚೆ:
ಮೊದಲ ಹಂತವೆಂದರೆ NaCl ಉಪ್ಪಿನ ದ್ರಾವಣದಲ್ಲಿ ಪ್ರತಿ ವಿದ್ಯುದ್ವಾರದಲ್ಲಿ ಸಂಭವಿಸುವ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಗಳನ್ನು ಬರೆಯುವುದು.
– ಕ್ಯಾಥೋಡ್ನಲ್ಲಿ (ಕಡಿತ):
ಈ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯಲ್ಲಿ, ನೀರಿನಿಂದ H+ ಅಯಾನುಗಳು ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತವೆ:
\[ 2H_2O(l) + 2e^- \rightarrow H_2(g) + 2OH^-(aq) \]
– ಆನೋಡ್ನಲ್ಲಿ (ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಣ):
Cl- ಅಯಾನು ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಣಗೊಂಡು Cl2 ಅನಿಲವಾಗುತ್ತದೆ:
\[ 2Cl^-(aq) \rightarrow Cl_2(g) + 2e^- \]
ಒಟ್ಟು ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ:
ಆದ್ದರಿಂದ NaCl ದ್ರಾವಣದ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆಯಲ್ಲಿ ಸಂಭವಿಸುವ ಒಟ್ಟು ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ:
\[ 2NaCl(aq) + 2H_2O(l) \rightarrow 2NaOH(aq) + H_2(g) + Cl_2(g) \]
1 ಗ್ರಾಂ Cl2 ಉತ್ಪಾದಿಸಲು ಅಗತ್ಯವಿರುವ ಚಾರ್ಜ್ ಅನ್ನು ಲೆಕ್ಕಾಚಾರ ಮಾಡಲು, ನಾವು Cl2 ನ ಮೋಲ್ಗಳ ಸಂಖ್ಯೆಯನ್ನು ನಿರ್ಧರಿಸಬೇಕು:
\[ \ಪಠ್ಯ{Cl ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ}_2 = 1 \ಪಠ್ಯ{ ಗ್ರಾಂ} \]
\[ \ಪಠ್ಯ{Ar Cl}_2 = 2 \times 35.5 = 71 \ಪಠ್ಯ{ ಗ್ರಾಂ/ಮೋಲ್} \]
\[ \ಪಠ್ಯ{Cl}_2 ನ ಮೋಲ್ಗಳ ಸಂಖ್ಯೆ = \frac{1}{71} \ಪಠ್ಯ{ mol} \]
ಆನೋಡ್ನಲ್ಲಿನ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ ಸಮೀಕರಣದ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ, 2 ಮೋಲ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳಿಂದ 1 ಮೋಲ್ Cl2 ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುತ್ತದೆ:
\[ 2Cl^- \ಬಲ ಬಾಣ Cl_2 + 2e^- \]
ಬೇರೆ ರೀತಿಯಲ್ಲಿ ಹೇಳುವುದಾದರೆ, Cl2 ನ 1 ಮೋಲ್ಗೆ 2 ಮೋಲ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಬೇಕಾಗುತ್ತವೆ.
ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳ ಮೋಲ್ಗಳ ಸಂಖ್ಯೆ:
\[ \ಪಠ್ಯ{ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳ ಮೋಲ್ಗಳ ಸಂಖ್ಯೆ} = 2 \ಬಾರಿ \frac{1}{71} = \frac{2}{71} \ಪಠ್ಯ{ mol} \]
ಅಗತ್ಯವಿರುವ ಚಾರ್ಜ್ ಅನ್ನು ಫ್ಯಾರಡೆ ಮೌಲ್ಯವನ್ನು (F = 96485 C/mol e^-) ಬಳಸಿಕೊಂಡು ಲೆಕ್ಕಹಾಕಬಹುದು:
\[ Q = n \ಬಾರಿ F \]
\[ Q = \ಎಡ(\frac{2}{71} \ಪಠ್ಯ{ mol}\ಬಲ) \times 96485 \ಪಠ್ಯ{ C/mol} \]
\[ ಪ್ರಶ್ನೆ = 2718 \ಪಠ್ಯ{ ಸಿ} \]
ತೀರ್ಮಾನ:
- ಕ್ಯಾಥೋಡ್ನಲ್ಲಿ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ:
\[ 2H_2O(l) + 2e^- \rightarrow H_2(g) + 2OH^-(aq) \]
– ಆನೋಡ್ನಲ್ಲಿ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ:
\[ 2Cl^-(aq) \rightarrow Cl_2(g) + 2e^- \]
– 1 ಗ್ರಾಂ Cl2 ಉತ್ಪಾದಿಸಲು ಅಗತ್ಯವಿರುವ ಒಟ್ಟು ಚಾರ್ಜ್ 2718 C ಆಗಿದೆ.
-
ಉದಾಹರಣೆ 3: ನರ್ನ್ಸ್ಟ್ ಸಂಬಂಧ ಮತ್ತು ಪ್ರಮಾಣಿತವಲ್ಲದ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳು
ಪ್ರಶ್ನೆ:
0.1 M ಬೆಳ್ಳಿ ಅಯಾನು ಸಾಂದ್ರತೆಯೊಂದಿಗೆ Ag/Ag+ ವಿದ್ಯುದ್ವಾರಗಳು ಮತ್ತು 0.01 M ಸಾಂದ್ರತೆಯೊಂದಿಗೆ Zn/Zn2+ ವಿದ್ಯುದ್ವಾರಗಳಿಂದ ಮಾಡಲ್ಪಟ್ಟ ವೋಲ್ಟಾಯಿಕ್ ಕೋಶದ ವಿಭವವನ್ನು ಲೆಕ್ಕಹಾಕಿ. ಪ್ರಮಾಣಿತ ವಿದ್ಯುದ್ವಾರ ವಿಭವವು:
\[ E^o_{\ಪಠ್ಯ{Ag}^{+}/\ಪಠ್ಯ{Ag}} = +0.80 \, \ಪಠ್ಯ{V} \]
\[ E^o_{\ಪಠ್ಯ{Zn}^{2+}/\ಪಠ್ಯ{Zn}} = -0.76 \, \ಪಠ್ಯ{V} \]
ಚರ್ಚೆ:
ಮೊದಲ ಹಂತವೆಂದರೆ ಸಂಭವಿಸುವ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಗಳನ್ನು ಬರೆಯುವುದು:
– ಆನೋಡ್ನಲ್ಲಿ ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಣ (Zn):
\[ \ಪಠ್ಯ{Zn (ಗಳು)} \ಬಲ ಬಾಣ \ಪಠ್ಯ{Zn}^{2+} (aq) + 2e^- \]
– ಕ್ಯಾಥೋಡ್ನಲ್ಲಿ ಕಡಿತ (Ag):
\[ \ಪಠ್ಯ{Ag}^{+} (aq) + e^- \ಬಲ ಬಾಣ \ಪಠ್ಯ{Ag (ಗಳು)} \]
ಒಟ್ಟು ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ:
\[ \ಪಠ್ಯ{Zn (ಗಳು)} + 2\ಪಠ್ಯ{Ag}^{+} (aq) \ಬಲ ಬಾಣ \ಪಠ್ಯ{Zn}^{2+} (aq) + 2\ಪಠ್ಯ{Ag (ಗಳು)} \]
ನೆರ್ನ್ಸ್ಟ್ ಸಮೀಕರಣವನ್ನು ಆಧರಿಸಿ:
\[ E_{\ಪಠ್ಯ{ಕೋಶ}} = E^o_{\ಪಠ್ಯ{ಕೋಶ}} – \ಎಡ( \frac{0.0592}{n} \ಬಲ) \ಲಾಗ್ \ಎಡ( \frac{[\ಪಠ್ಯ{ಉತ್ಪನ್ನ}]}{[\ಪಠ್ಯ{ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯಾಕಾರಿ}]} \ಬಲ) \]
ಎಲ್ಲಿ:
\[ ಎನ್ = 2 \]
ಮೊದಲು, E^o_{\text{Sel}} ಅನ್ನು ಲೆಕ್ಕ ಹಾಕಿ:
\[ E^o_{\ಪಠ್ಯ{ಸೆಲ್}} = E^o_{\ಪಠ್ಯ{Ag}^{+}/\ಪಠ್ಯ{Ag}} – E^o_{\ಪಠ್ಯ{Zn}^{2+}/\ಪಠ್ಯ{Zn}} \]
\[ E^o_{\ಪಠ್ಯ{ವಿ}} = 0.80 \, \ಪಠ್ಯ{ವಿ} – (-0.76 \, \ಪಠ್ಯ{ವಿ}) \]
\[ E^o_{\ಪಠ್ಯ{ಕೋಶ}} = 1.56 \, \ಪಠ್ಯ{V} \]
ಮುಂದೆ, ಕೊಟ್ಟಿರುವ ಸಾಂದ್ರತೆಯಲ್ಲಿ ನಿಜವಾದ ಕೋಶ ವಿಭವವನ್ನು ಲೆಕ್ಕಹಾಕಿ:
\[ E_{\ಪಠ್ಯ{ಸೆಲ್}} = 1.56 \, \ಪಠ್ಯ{V} – \ಎಡ( \frac{0.0592}{2} \ಬಲ) \ಲಾಗ್ \ಎಡ( \frac{[\ಪಠ್ಯ{Zn}^{2+}]}{[\ಪಠ್ಯ{Ag}^{+}]^2} \ಬಲ) \]
\[ E_{\ಪಠ್ಯ{ಸೆಲ್}} = 1.56 \, \ಪಠ್ಯ{V} – \ಎಡ( \frac{0.0592}{2} \ಬಲ) \ಲಾಗ್ \ಎಡ( \frac{0.01}{(0.1)^2} \ಬಲ) \]
\[ E_{\ಪಠ್ಯ{ಕೋಶ}} = 1.56 \, \ಪಠ್ಯ{V} – 0.0296 \ಲಾಗ್ \ಎಡ( \frac{0.01}{0.01} \ಬಲ) \]
\[ E_{\ಪಠ್ಯ{ಕೋಶ}} = 1.56 \, \ಪಠ್ಯ{V} \]
ತೀರ್ಮಾನ:
– ಆನೋಡ್ ಮತ್ತು ಕ್ಯಾಥೋಡ್ನಲ್ಲಿ ಸಂಭವಿಸುವ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಗಳು ಒಂದೇ ಆಗಿರುತ್ತವೆ.
– ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಸಾಂದ್ರತೆಯೊಂದಿಗೆ ಕೋಶ ವಿಭವವು 1.56 V ಆಗಿದೆ
ಈ ಲೇಖನವು ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಕೆಮಿಸ್ಟ್ರಿಯಲ್ಲಿ ಹಲವಾರು ರೀತಿಯ ಸಮಸ್ಯೆಗಳನ್ನು ಹೇಗೆ ಪರಿಹರಿಸುವುದು ಎಂಬುದನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ, ಇದರಲ್ಲಿ ವೋಲ್ಟಾಯಿಕ್ ಕೋಶಗಳು, ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಲೈಟಿಕ್ ಕೋಶಗಳು ಮತ್ತು ನೆರ್ನ್ಸ್ಟ್ ಸಮೀಕರಣವನ್ನು ಬಳಸುವ ಲೆಕ್ಕಾಚಾರಗಳು ಸೇರಿವೆ. ರೆಡಾಕ್ಸ್ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಗಳ ಹಿಂದಿನ ತತ್ವಗಳ ಸಂಪೂರ್ಣ ತಿಳುವಳಿಕೆ ಮತ್ತು ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಕೆಮಿಕಲ್ ಡೇಟಾವನ್ನು ಬಳಸುವ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವು ಈ ರೀತಿಯ ಸಮಸ್ಯೆಗಳನ್ನು ಪರಿಹರಿಸುವಲ್ಲಿ ಯಶಸ್ಸಿಗೆ ಅತ್ಯಗತ್ಯ.
