ഇലക്ട്രോഡ് പൊട്ടൻഷ്യൽ അളക്കുന്നതിനെക്കുറിച്ചുള്ള ചർച്ചാ ചോദ്യങ്ങളുടെ ഉദാഹരണം.

ഇലക്ട്രോഡ് പൊട്ടൻഷ്യൽ അളക്കുന്നതിനുള്ള ഉദാഹരണ ചോദ്യങ്ങൾ ചർച്ച

ഇലക്ട്രോഡ് പൊട്ടൻഷ്യൽ അളക്കുന്നത് ഇലക്ട്രോകെമിസ്ട്രിയുടെ ഒരു നിർണായക വശമാണ്. രാസപ്രവർത്തനങ്ങളും വൈദ്യുതിയും തമ്മിലുള്ള ബന്ധത്തെക്കുറിച്ച് പഠിക്കുന്ന രസതന്ത്രത്തിന്റെ ഒരു ശാഖയാണ് ഇലക്ട്രോകെമിസ്ട്രി. ബാറ്ററികൾ, കോറോഷൻ, ഇലക്ട്രോലിസിസ് തുടങ്ങിയ പ്രയോഗങ്ങളിൽ ഇലക്ട്രോഡ് പൊട്ടൻഷ്യൽ അളക്കാനുള്ള കഴിവ് നിർണായകമാണ്. ഈ ലേഖനത്തിൽ, ഇലക്ട്രോഡ് പൊട്ടൻഷ്യൽ അളക്കുന്നതിന്റെ പശ്ചാത്തലത്തിൽ നിരവധി ഉദാഹരണ പ്രശ്നങ്ങളും അവയുടെ പരിഹാരങ്ങളും നമ്മൾ ചർച്ച ചെയ്യും.

ഇലക്ട്രോഡ് പൊട്ടൻഷ്യൽ മനസ്സിലാക്കൽ

ഇലക്ട്രോഡ് പൊട്ടൻഷ്യൽ അഥവാ സെൽ പൊട്ടൻഷ്യൽ എന്നത് ഒരു ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ സെല്ലിലെ രണ്ട് ഇലക്ട്രോഡുകൾ തമ്മിലുള്ള വൈദ്യുത പൊട്ടൻഷ്യൽ വ്യത്യാസമാണ്. സാച്ചുറേറ്റഡ് കലോമൽ ഇലക്ട്രോഡ് (SCE) അല്ലെങ്കിൽ സിൽവർ/സിൽവർ ക്ലോറൈഡ് (Ag/AgCl) ഇലക്ട്രോഡ് പോലുള്ള സ്റ്റാൻഡേർഡ് റഫറൻസ് പൊട്ടൻഷ്യൽ ഉപയോഗിക്കുന്നതുൾപ്പെടെ വിവിധ രീതികൾ ഉപയോഗിച്ച് ഇത് അളക്കാൻ കഴിയും. മറ്റ് ഇലക്ട്രോഡുകളുടെ പൊട്ടൻഷ്യലുകൾ അളക്കുന്നതിനും താരതമ്യം ചെയ്യുന്നതിനുമുള്ള ഒരു മാനദണ്ഡമായി സ്റ്റാൻഡേർഡ് പൊട്ടൻഷ്യൽ പ്രവർത്തിക്കുന്നു.

അടിസ്ഥാന ഫോർമുല

സ്റ്റാൻഡേർഡ് സാഹചര്യങ്ങളിൽ സെൽ പൊട്ടൻഷ്യൽ (\( E_{\text{sel}} \)) ഫോർമുല ഉപയോഗിച്ച് പ്രകടിപ്പിക്കാം:

\[ E_{\ടെക്സ്റ്റ്{സെൽ}}^\സർക് = E_{\ടെക്സ്റ്റ്{കാഥോഡ്}}^\സർക് – E_{\ടെക്സ്റ്റ്{ആനോഡ്}}^\സർക് \]

അല്ലെങ്കിൽ

\[ E_{\ടെക്സ്റ്റ്{സെൽ}} = E_{\ടെക്സ്റ്റ്{കാഥോഡ്}} – E_{\ടെക്സ്റ്റ്{ആനോഡ്}} \]

സാമ്പിൾ ചോദ്യങ്ങളും ചർച്ചയും

ഉദാഹരണം ചോദ്യം 1: ഒരു ഗാൽവാനിക് സെല്ലിന്റെ പൊട്ടൻഷ്യൽ അളക്കൽ

ചോദ്യം:

ഒരു സിങ്ക് (Zn) ഇലക്ട്രോഡും ഒരു ചെമ്പ് (Cu) ഇലക്ട്രോഡും അടങ്ങുന്ന ഒരു ഗാൽവാനിക് സെല്ലിൽ, ഓരോന്നും ZnSO₄, CuSO₄ എന്നിവയുടെ ലായനിയിൽ മുക്കിവയ്ക്കുക. സിങ്കിന്റെ സ്റ്റാൻഡേർഡ് ഇലക്ട്രോഡ് പൊട്ടൻഷ്യൽ (E°) -0.76 V ഉം ചെമ്പ് +0.34 V ഉം ആണ്. സെൽ പൊട്ടൻഷ്യൽ കണക്കാക്കി ഇലക്ട്രോൺ പ്രവാഹത്തിന്റെ ദിശ നിർണ്ണയിക്കുക.

ഉത്തരം:

ആദ്യപടി ആനോഡും കാഥോഡും തിരിച്ചറിയുക എന്നതാണ്. ഇലക്ട്രോകെമിസ്ട്രിയിൽ, ആനോഡ് ഓക്സീകരണം (ഇലക്ട്രോണുകൾ പുറത്തുവിടൽ) നടക്കുന്ന സ്ഥലമാണ്, കാഥോഡ് കുറയ്ക്കൽ (ഇലക്ട്രോണുകൾ സ്വീകരിക്കൽ) നടക്കുന്ന സ്ഥലമാണ്.

– സിങ്ക് (Zn) ഇലക്ട്രോഡുകൾ ഓക്സീകരണത്തിന് വിധേയമാകുന്നു:
\[
\text{Zn} \rightarrow \text{Zn}^{2+} + 2\text{e}^- \quad (E^\circ = -0.76 \text{ V})
\]

– കോപ്പർ (Cu) ഇലക്ട്രോഡുകൾ റിഡക്ഷന് വിധേയമാകുന്ന പ്രവണത കാണിക്കുന്നു:
\[
\text{Cu}^{2+} + 2\text{e}^- \right arrow \text{Cu} \quad (E^\circ = +0.34 \text{ V})
\]

സെൽ പൊട്ടൻഷ്യൽ ഫോർമുല ഉപയോഗിച്ച്:

\[
E_{\ടെക്സ്റ്റ്{സെൽ}}^\സർക് = E_{\ടെക്സ്റ്റ്{കാഥോഡ്}}^\സർക് – E_{\ടെക്സ്റ്റ്{ആനോഡ്}}^\സർക്
= 0.34 \text{ V} – (-0.76 \text{ V})
= 0.34 \ടെക്സ്റ്റ്{ V} + 0.76 \ടെക്സ്റ്റ്{ V}
= 1.10 \text{ V}
\]

ഇലക്ട്രോൺ പ്രവാഹത്തിന്റെ ദിശ സിങ്ക് ഇലക്ട്രോഡ് (ആനോഡ്) മുതൽ കോപ്പർ ഇലക്ട്രോഡ് (കാഥോഡ്) വരെയാണ്.

ഉദാഹരണം ചോദ്യം 2: നോൺ-സ്റ്റാൻഡേർഡ് സെൽ പൊട്ടൻഷ്യൽ

ചോദ്യം:

0.1 M AgNO₃ ലായനിയിൽ ഒരു വെള്ളി (Ag) ഇലക്ട്രോഡും 0.01 M ZnSO₄ ലായനിയിൽ ഒരു സിങ്ക് (Zn) ഇലക്ട്രോഡും ഉപയോഗിച്ചാണ് ഒരു ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ സെൽ നിർമ്മിക്കുന്നത്. വെള്ളിയുടെ സ്റ്റാൻഡേർഡ് പൊട്ടൻഷ്യൽ +0.80 V ഉം സിങ്ക് -0.76 V ഉം ആണ്. നെർൺസ്റ്റ് സമവാക്യം ഉപയോഗിച്ച് സ്റ്റാൻഡേർഡ് അല്ലാത്ത സാഹചര്യങ്ങളിൽ സെൽ പൊട്ടൻഷ്യൽ കണക്കാക്കുക.

ഉത്തരം:

നേർൺസ്റ്റ് സമവാക്യം നൽകിയിരിക്കുന്നത്:

\[
E = E^\circ – \frac{RT}{nF} \ln Q
\]

എവിടെ :
– \( E^\circ \) എന്നത് സ്റ്റാൻഡേർഡ് സെൽ പൊട്ടൻഷ്യലാണ്,
– \( R \) എന്നത് സാർവത്രിക വാതക സ്ഥിരാങ്കമാണ് (8.314 J/mol K),
– \( T \) എന്നത് കെൽവിനിലെ താപനിലയാണ് (ഉദാ. 298 K),
– \( n \) എന്നത് കൈമാറ്റം ചെയ്യപ്പെടുന്ന ഇലക്ട്രോണുകളുടെ മോളുകളുടെ എണ്ണമാണ്,
– \( F \) എന്നത് ഫാരഡെയുടെ സ്ഥിരാങ്കമാണ് (96485 C/mol),
– \( Q \) എന്നത് പ്രതിപ്രവർത്തന ഘടകമാണ്.

കോശ പ്രതികരണം:

\[
\text{Zn} \rightarrow \text{Zn}^{2+} + 2 \text{e}^- \quad (ആനോഡ്)
\]

\[
\text{Ag}^{+} + \text{e}^- \rightarrow \text{Ag} \quad (കാഥോഡ്)
\]

അടുത്തതായി, ആകെ പ്രതികരണം എഴുതുക:

\[
\text{Zn} + 2\text{Ag}^{+} \rightarrow \text{Zn}^{2+} + 2\text{Ag}
\]

n=2 (രണ്ട് ഇലക്ട്രോണുകൾ കൈമാറ്റം ചെയ്യപ്പെടുന്നു) എന്നത് ശ്രദ്ധിക്കുക. \( Q \) ന്റെ മൂല്യം കണക്കാക്കുക:

\[
Q = \frac{[\text{Zn}^{2+}]}{[\text{Ag}^+]^2} = \frac{0.01}{(0.1)^2} = \frac{0.01}{0.01} = 1
\]

\(\ln 1 = 0\) ആയതിനാൽ, നെർൺസ്റ്റ് സമവാക്യം:

\[
E = E^\circ – \frac{RT}{nF} \ln Q = E^\circ
\]

അതിനാൽ നമ്മൾ സ്റ്റാൻഡേർഡ് പൊട്ടൻഷ്യലിൽ നിന്ന് \( E^\circ \) കണക്കാക്കേണ്ടതുണ്ട്:

\[
E_{\ടെക്സ്റ്റ്{സെൽ}}^\സർക് = E_{\ടെക്സ്റ്റ്{കാഥോഡ്}}^\സർക് – E_{\ടെക്സ്റ്റ്{ആനോഡ്}}^\സർക്
= 0.80 \text{ V} – (-0.76 \text{ V})
= 0.80 \ടെക്സ്റ്റ്{ V} + 0.76 \ടെക്സ്റ്റ്{ V}
= 1.56 \text{ V}
\]

അപ്പോൾ, \(\ln Q\) പൂജ്യമായതിനാൽ, നിലവാരമില്ലാത്ത സാഹചര്യങ്ങളിൽ സെൽ പൊട്ടൻഷ്യൽ 1.56 V ആയി തുടരുന്നു.

ഉപസംഹാരം

രസതന്ത്രത്തിൽ, പ്രത്യേകിച്ച് ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്ക്, ഇലക്ട്രോഡ് പൊട്ടൻഷ്യൽ അളക്കുന്നത് ഒരു നിർണായക കഴിവാണ്. സ്റ്റാൻഡേർഡ് പൊട്ടൻഷ്യൽ, റഫറൻസ് ഇലക്ട്രോഡുകളുടെ ഉപയോഗം, നെർൺസ്റ്റ് സമവാക്യത്തിന്റെ പ്രയോഗം തുടങ്ങിയ അടിസ്ഥാന ആശയങ്ങൾ മനസ്സിലാക്കുന്നതിലൂടെ, ഇലക്ട്രോഡ് പൊട്ടൻഷ്യൽ അളക്കലുമായി ബന്ധപ്പെട്ട വിവിധ പ്രശ്നങ്ങൾ നമുക്ക് പരിഹരിക്കാൻ കഴിയും. ചർച്ച ചെയ്തതുപോലുള്ള ഉദാഹരണങ്ങൾ സ്റ്റാൻഡേർഡ്, നോൺ-സ്റ്റാൻഡേർഡ് സാഹചര്യങ്ങളിൽ സെൽ പൊട്ടൻഷ്യൽ നിർണ്ണയിക്കുന്നതിന് ആവശ്യമായ പ്രക്രിയയുടെയും ഘട്ടങ്ങളുടെയും ഒരു അവലോകനം നൽകുന്നു. ഇലക്ട്രോകെമിസ്ട്രി ലാബുകളിൽ ഇലക്ട്രോഡ് പൊട്ടൻഷ്യൽ അളക്കുന്നതിന്റെ ആശയം മനസ്സിലാക്കാനും പ്രയോഗിക്കാനും ഈ ലേഖനം നിങ്ങളെ സഹായിക്കുമെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു.