Ohatra amin'ny fanontaniana momba ny fifanakalozan-kevitra momba ny sela Voltaika
Pendahuan
Ny sela voltaika, fantatra ihany koa amin'ny hoe sela galvanika, dia fitaovana iray izay mamadika ny angovo simika ho angovo elektrika amin'ny alàlan'ny fihetsika redox (oksidasiôna-fampihenana). Ny sela voltaika dia misy elektrôda roa, izay matetika vita amin'ny metaly tsy mitovy, atsoboka ao anaty elektrôlita ary ampifandraisin'ny tetezana sira. Ato amin'ity lahatsoratra ity, dia hiresaka ohatra maromaro mifandraika amin'ny sela voltaika isika mba hampitomboana ny fahatakarantsika ny foto-kevitry ny fiasany sy ny fomba fikajiana ny mety ho vitan'ny sela.
Teoria fototra momba ny sela Voltaika
Alohan'ny hidirana amin'ireo ohatra amin'ny olana, dia zava-dehibe ny mahatakatra ireo foto-kevitra fototra sy ireo singa mandrafitra ny sela Voltaika:
1. Anoda sy Katôda: Ao amin'ny sela Voltaika, ny anoda no elektroda izay misy ny oksidasiona, ary ny katôda no elektroda izay misy ny fihenan-kery. Manana fiampangana ratsy ny anoda, raha toa kosa ka manana fiampangana tsara ny katôda.
2. Lalan'ny elektrôna: Mikoriana avy amin'ny anoda mankany amin'ny katôda amin'ny alalan'ny fizaran-tany ivelany ny elektrôna, ka mamokatra herinaratra.
3. Potensialin'ny Sela (E°cell): Ny potensialin'ny sela dia ny fahasamihafan'ny potensialy eo amin'ny elektrôda roa. Ny potensialin'ny sela mahazatra (E°cell) dia azo kajy amin'ny fampiasana ny raikipohy:
\[
E° cell = E° cathode – E° anode
\]
izay ny \(E°cathode\) sy ny \(E°anode\) no potentiel de réduction standard an'ny cathode sy anode.
4. Tetezana Sira: Ity tetezana ity dia mandanjalanja ny fiampangana iôna ao amin'ny vahaolana elektrolita roa amin'ny alàlan'ny famelana ny fivezivezen'ny iôna.
Fanontaniana sy fifanakalozan-kevitra santionany
Mba hanazavana ireo hevitra ireo dia andeha isika hiresaka momba ny olana sasany.
Ohatra amin'ny Fanontaniana 1
Fanontaniana:
Kajio ny mety ho herin'ny sela mahazatra an'ny sela Volta izay ahitana elektrôda Zn | Zn²⁺ (aq) sy elektrôda Cu | Cu²⁺ (aq). Fantatra fa ny mety ho herin'ny fampihenana mahazatra \(E°\) ho an'ny Zn²⁺ | Zn dia -0.76 V ary \(E°\) ho an'ny Cu²⁺ | Cu dia +0.34 V.
Dinika:
Ny dingana voalohany dia ny mamaritra hoe iza no anode sy cathode.
Manana hery fampihenana ratsy kokoa (-0.76 V) noho ny Cu (+0.34 V) ny Zn, ka ny Zn dia hiasa ho anode (toerana oksidasiona) ary ny Cu ho cathode (toerana fampihenana).
Manaraka izany, mampiasa ny raikipohy isika:
\[
E° cell = E° cathode – E° anode
\]
Soloy ireo soatoavina fantatra:
\[
E°sela = 0.34 V – (-0.76 V)
\]
\[
E°sela = 0.34 V + 0.76 V
\]
\[
E°sela = 1.10 V
\]
Noho izany, ny mety ho herin'ny sela mahazatra dia 1.10 V.
Ohatra amin'ny Fanontaniana 2
Fanontaniana:
Ny sela Voltaika dia vita amin'ny elektrôda Fe | Fe²⁺ sy elektrôda Ag | Ag⁺. Ny mety ho fihenan'ny herinaratra mahazatra ho an'ny Fe²⁺ | Fe dia -0.44 V ary ho an'ny Ag⁺ | Ag dia +0.80 V. Kajio ny mety ho fihenan'ny herinaratra mahazatra ho an'ny sela ary soraty ny fihetsiky ny sela.
Dinika:
Toy ny teo aloha, mila mamaritra ny anode sy ny cathode isika. Koa satria ratsy kokoa ny potentialité réduction an'ny Fe²⁺/Fe raha oharina amin'ny an'ny Ag⁺/Ag, dia ny Fe no hiasa ho anode ary ny Ag no ho cathode.
Ampiasao ny raikipohy:
\[
E° cell = E° cathode – E° anode
\]
\[
E°sela = 0.80 V – (-0.44 V)
\]
\[
E°sela = 0.80 V + 0.44 V
\]
\[
E°sela = 1.24 V
\]
1.24 V ny mety ho herin'ny sela mahazatra.
Ho an'ny fihetsiky ny sela amin'ny ankapobeny, dia ampiarahintsika ny fihetsiky ny oksidasiona sy ny fihenana:
– Fihetseham-po eo amin'ny anode: \( \text{Fe} \rightarrow \text{Fe}^{2+} + 2\text{e}^- \)
– Fihetseham-po eo amin'ny katôda: \( \text{Ag}^+ + \text{e}^- \rightarrow \text{Ag} \)
Fandanjalanjana ny isan'ny elektrôna amin'ny fihetsika roa:
\[
\text{Fe} \rightarrow \text{Fe}^{2+} + 2\text{e}^-
\]
\[
2\text{Ag}^+ + 2\text{e}^- \rightarrow 2\text{Ag}
\]
Fihetseham-pon'ny sela amin'ny ankapobeny:
\[
Fe + 2 Ag + Fe + 2 Ag
\]
Ohatra amin'ny Fanontaniana 3
Fanontaniana:
Kajio ny mety ho herin'ny sela amin'ny 25°C ho an'ny sela Voltaika misy elektrôda Al | Al³⁺ sy elektrôda Ni | Ni²⁺, raha 0.001 M ny fifantohan'ny Al³⁺ ary 1 M ny fifantohan'ny Ni²⁺. Fantatra fa ny \(E°\) ho an'ny Al³⁺ | Al dia -1.66 V ary ny \(E°\) ho an'ny Ni²⁺ | Ni dia -0.23 V.
Dinika:
Voalohany, fantaro ny anode sy ny cathode:
– Miiba kokoa (-1.66 V) ny mety ho fihenan'ny Al³⁺/Al noho ny Ni²⁺/Ni (-0.23 V), ka ny Al no anoda ary ny Ni no katôda.
Kajy toy izao ny mety ho vitan'ny sela mahazatra:
\[
E° cell = E° cathode – E° anode
\]
\[
E°sela = -0.23 V – (-1.66 V)
\]
\[
E°sela = -0.23 V + 1.66 V
\]
\[
E°sela = 1.43 V
\]
Manaraka izany, mampiasa ny Equation Nernst isika mba hikajiana ny potentiel-n'ny sela amin'ny fepetra tsy mahazatra:
\[
E_{sela} = E°sela – \left( \frac{RT}{nF} \right) \ln Q
\]
Izay \( Q = \frac{[\text{Al}³⁺]}{[\text{Ni}²⁺]} \), R ny tsy miovaovan'ny entona (8.314 J/mol·K), T ny mari-pana amin'ny Kelvin (298 K amin'ny 25°C), F ny tsy miovaovan'ny Faraday (96485 C/mol), ary n ny isan'ny elektrôna (6 ho an'ny fihetsika misy ny Al³⁺ sy Ni²⁺).
Soloy ao amin'ny fampitoviana ireo soatoavina fantatra:
\[
Q = \frac{0.001}{1} = 0.001
\]
\[
E_{sela} = 1.43 V – \left( \frac{8.314 \times 298}{6 \times 96485} \right) \ln 0.001
\]
\[
E_{sela} = 1.43 V – \left( \frac{2477.172}{578910} \right) \ln 0.001
\]
\[
E_{sela} = 1.43 V – (0.00428) \ln 0.001
\]
\[
\ln 0.001 = -6.907
\]
\[
E_{sela} = 1.43 V – (0.00428 x -6.907)
\]
\[
E_{sela} = 1.43 V + 0.0295
\]
\[
E_{sela} = 1.4595 V
\]
Noho izany, ny herin'ny sela amin'ity toe-javatra ity dia eo amin'ny 1.46 V eo ho eo.
Famaranana
Ny sela voltaika dia foto-kevitra fototra amin'ny elektrokimia izay mamadika ny angovo simika ho angovo elektrika. Ity lahatsoratra ity dia nampiditra ny fototry ny teoria momba ny sela Voltaika ary nanome ohatra mba hanazavana ny fizotran'ny fikajiana ny mety ho vitan'ny sela. Amin'ny alalan'izany fahatakarana izany, antenaina fa hahazo fahatakarana tsara kokoa momba ny sela Voltaika sy ny fampiharana azy ireo amin'ny toe-javatra samihafa ny mpamaky.
