വോൾട്ടായിക് കോശങ്ങളുടെയും ഇലക്ട്രോലൈറ്റിക് കോശങ്ങളുടെയും താരതമ്യം ചർച്ച ചെയ്യുന്ന ഉദാഹരണ ചോദ്യങ്ങൾ.
വോൾട്ടായിക് സെല്ലുകളും ഇലക്ട്രോലൈറ്റിക് സെല്ലുകളും തമ്മിലുള്ള താരതമ്യം രസതന്ത്രത്തിൽ, പ്രത്യേകിച്ച് ഇലക്ട്രോകെമിസ്ട്രി പഠനത്തിൽ ഒരു നിർണായക വിഷയമാണ്. രാസപ്രവർത്തനങ്ങളിൽ നിന്ന് വൈദ്യുതി ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്നതിനോ വൈദ്യുതോർജ്ജം പ്രയോഗിച്ചുകൊണ്ട് രാസപ്രവർത്തനങ്ങൾ നയിക്കുന്നതിനോ ഉപയോഗിക്കുന്ന ഉപകരണങ്ങളാണ് രണ്ടും. ഉദാഹരണ പ്രശ്നങ്ങളിലൂടെയും ചർച്ചകളിലൂടെയും വോൾട്ടായിക് സെല്ലുകളും ഇലക്ട്രോലൈറ്റിക് സെല്ലുകളും തമ്മിലുള്ള പ്രധാന വ്യത്യാസങ്ങൾ ഈ ലേഖനം എടുത്തുകാണിക്കുന്നു. രണ്ട് തരം കോശങ്ങളെക്കുറിച്ചും സമഗ്രവും ആഴത്തിലുള്ളതുമായ ഒരു ധാരണ നൽകുക എന്നതാണ് ലക്ഷ്യം.
വോൾട്ടെയ്ക് സെൽ
ഗാൽവാനിക് സെൽ എന്നും അറിയപ്പെടുന്ന ഒരു വോൾട്ടായിക് സെൽ, ഒരു തരം ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ സെല്ലാണ്, ഇത് ഒരു സ്വയമേവയുള്ള രാസപ്രവർത്തനത്തിൽ നിന്ന് വൈദ്യുത പ്രവാഹം ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നു. ഒരു വോൾട്ടായിക് സെല്ലിൽ, ഒരു റെഡോക്സ് പ്രതിപ്രവർത്തനം സംഭവിക്കുന്നു, അവിടെ വ്യത്യസ്ത ഇലക്ട്രോഡുകളിൽ റിഡക്ഷനും ഓക്സീകരണവും സംഭവിക്കുന്നു. ഇത് നന്നായി മനസ്സിലാക്കാൻ, ഒരു വോൾട്ടായിക് സെല്ലിന്റെ ഒരു ഉദാഹരണം നോക്കാം.
ഉദാഹരണ ചോദ്യം 1:
ഒരു വോൾട്ടായിക് സെല്ലിന്റെ ആനോഡ് സിങ്ക് (Zn) കൊണ്ടും കാഥോഡ് ചെമ്പ് (Cu) കൊണ്ടും നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നു. സ്റ്റാൻഡേർഡ് റിഡക്ഷൻ പൊട്ടൻഷ്യലുകളുടെ ഒരു പട്ടിക പരിശോധിക്കുമ്പോൾ Cu²⁺/Cu യുടെ സ്റ്റാൻഡേർഡ് റിഡക്ഷൻ പൊട്ടൻഷ്യൽ (E°) +0,34 V ഉം Zn²⁺/Zn ന്റെ സ്റ്റാൻഡേർഡ് സെൽ പൊട്ടൻഷ്യൽ (E° സെൽ) -0,76 V ഉം ആണെന്ന് കാണിക്കുന്നുവെന്ന് കരുതുക. ഈ വോൾട്ടായിക് സെല്ലിന്റെ സ്റ്റാൻഡേർഡ് സെൽ പൊട്ടൻഷ്യൽ (E° സെൽ) കണക്കാക്കുക.
ചർച്ച:
ആദ്യം, ഓക്സീകരണത്തിനും റിഡക്ഷനുമുള്ള അർദ്ധകോശ പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങൾ എഴുതുക.
– ആനോഡ് (ഓക്സിഡേഷൻ): Zn(s) → Zn²⁺(aq) + 2e⁻
– കാഥോഡ് (കുറവ്): Cu²⁺(aq) + 2e⁻ → Cu(s)
കാഥോഡിന്റെയും ആനോഡിന്റെയും റിഡക്ഷൻ പൊട്ടൻഷ്യലിലെ വ്യത്യാസത്തിൽ നിന്നാണ് സ്റ്റാൻഡേർഡ് സെൽ പൊട്ടൻഷ്യൽ (E° സെൽ) കണക്കാക്കുന്നത്.
– E° സെൽ = E° കാഥോഡ് – E° ആനോഡ്
– E° കാഥോഡ് = +0,34 V
– E° ആനോഡ് = -0,76 V
അപ്പോൾ സ്റ്റാൻഡേർഡ് സെൽ പൊട്ടൻഷ്യൽ ഇതാണ്:
\[ E°_{sel} = 0.34V – (-0.76V) \]
\[ E°_{സെൽ} = 0.34V + 0.76V \]
\[ E°_{sel} = 1.10V \]
അപ്പോൾ, ഈ വോൾട്ടായിക് സെല്ലിന്റെ സ്റ്റാൻഡേർഡ് സെൽ പൊട്ടൻഷ്യൽ 1,10 V ആണ്.
ഇലക്ട്രോലൈറ്റിക് സെൽ
മറുവശത്ത്, ഇലക്ട്രോലൈറ്റിക് സെല്ലുകൾ സ്വാഭാവികമല്ലാത്ത രാസപ്രവർത്തനങ്ങൾ നടത്താൻ വൈദ്യുതോർജ്ജം ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഒരു ഇലക്ട്രോലൈറ്റിക് സെല്ലിൽ, ഒരു ബാഹ്യ സ്രോതസ്സിൽ നിന്നുള്ള ഒരു വൈദ്യുത പ്രവാഹം സ്വയം സംഭവിക്കാത്ത ഒരു റെഡോക്സ് പ്രതിപ്രവർത്തനം നടത്താൻ ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഒരു ഇലക്ട്രോലൈറ്റിക് സെല്ലിന്റെ ഗുണങ്ങളും പ്രവർത്തന തത്വങ്ങളും മനസ്സിലാക്കാൻ അതിന്റെ ഒരു ഉദാഹരണം നോക്കാം.
ഉദാഹരണ ചോദ്യം 2:
ഒരു വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണ പ്രക്രിയയിൽ, ഉരുകിയ അലുമിനിയം ഓക്സൈഡിൽ (Al₂O₃) നിന്നാണ് അലുമിനിയം നിർമ്മിക്കുന്നത്. 1 മോൾ അലുമിനിയം (Al) ഉത്പാദിപ്പിക്കാൻ ആവശ്യമായ വൈദ്യുതിയുടെ അളവ് കണക്കാക്കുക. ഒരു മോൾ Al ന് മൂന്ന് മോൾ ഇലക്ട്രോണുകൾ ആവശ്യമാണെന്ന് കരുതുക.
ചർച്ച:
വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണത്തിനുള്ള ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ സമവാക്യം അനുസരിച്ച്:
\[ Al^{3+}(aq) + 3e⁻ → Al(s) \]
അലൂമിനിയത്തിന്റെ ഓരോ മോളിനും 3 മോളുകളുടെ ഇലക്ട്രോണുകൾ ആവശ്യമാണെന്ന് അറിയാം. ഫാരഡെയുടെ നിയമം അനുസരിച്ച്, ആവശ്യമായ വൈദ്യുതിയുടെ അളവ് (Q) ഫോർമുല ഉപയോഗിച്ച് കണക്കാക്കാം:
\[ Q = n \cdot F \]
എവിടെ:
– n എന്നത് ഇലക്ട്രോണുകളുടെ മോളുകളുടെ എണ്ണമാണ്
– F എന്നത് ഫാരഡെയുടെ സ്ഥിരാങ്കമാണ് (96500 C/mol ഇലക്ട്രോണുകൾ)
1 മോൾ ആൽ ഉത്പാദിപ്പിക്കാൻ:
\[ n = 3 \text{ ഇലക്ട്രോണുകളുടെ മോളുകൾ} \]
അങ്ങനെ, വൈദ്യുതിയുടെ അളവ് (Q):
\[ Q = 3 \cdot 96500 \]
\[ Q = 289500 \text{ C} \]
അപ്പോൾ, 1 മോൾ അലുമിനിയം ഉത്പാദിപ്പിക്കാൻ 289500 കൂലോംബ് വൈദ്യുതി ആവശ്യമാണ്.
വോൾട്ടായിക് കോശങ്ങളുടെയും ഇലക്ട്രോലൈറ്റിക് കോശങ്ങളുടെയും താരതമ്യം
വോൾട്ടായിക് സെല്ലുകളും ഇലക്ട്രോലൈറ്റിക് സെല്ലുകളും തമ്മിലുള്ള പ്രധാന വ്യത്യാസങ്ങൾ താഴെ കൊടുത്തിരിക്കുന്ന പട്ടിക സംഗ്രഹിക്കുന്നു:
| വശങ്ങൾ | വോൾട്ടെയ്ക് സെൽ | ഇലക്ട്രോലൈറ്റിക് സെൽ |
|—————————–|————————————|——————————–|
| ഊർജ്ജ സ്രോതസ്സുകൾ | രാസപ്രവർത്തനങ്ങൾ | വൈദ്യുതോർജ്ജം |
| പ്രതികരണ തരം | സ്വാഭാവികം | സ്വാഭാവികമല്ലാത്തത് |
| ആനോഡ് (-)/കാതോഡ് (+) | ആനോഡ് (-), കാതോഡ് (+) | ആനോഡ് (+), കാതോഡ് (-) |
| ഉദ്ദേശ്യം | വൈദ്യുതി ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുക | രാസപ്രവർത്തനങ്ങൾക്ക് പ്രേരിപ്പിക്കുക |
| ആപ്ലിക്കേഷനുകൾ | ബാറ്ററികൾ, ഇന്ധന സെല്ലുകൾ | പ്ലേറ്റിംഗ്, ലോഹ കാസ്റ്റിംഗ്, ശുദ്ധീകരണം |
ഊർജ്ജ സ്രോതസ്സുകൾ:
വോൾട്ടെയ്ക് സെല്ലുകൾ സ്വാഭാവിക രാസപ്രവർത്തനങ്ങളിൽ നിന്ന് വൈദ്യുതോർജ്ജം ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നു, അതേസമയം ഇലക്ട്രോലൈറ്റിക് സെല്ലുകൾ ഒരു ബാഹ്യ സ്രോതസ്സിൽ നിന്നുള്ള വൈദ്യുതോർജ്ജം ഉപയോഗിച്ച് സ്വാഭാവികമല്ലാത്ത പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങൾ സംഭവിക്കാൻ പ്രേരിപ്പിക്കുന്നു.
പ്രതികരണ തരം:
ഒരു വോൾട്ടായിക് സെല്ലിൽ, ഒരു സ്വയമേവയുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തനം ആനോഡിൽ നിന്ന് കാഥോഡിലേക്ക് ഒരു ബാഹ്യ സർക്യൂട്ട് വഴി ഇലക്ട്രോണുകൾ പ്രവഹിക്കാൻ കാരണമാകുന്നു. ഒരു ഇലക്ട്രോലൈറ്റിക് സെല്ലിൽ, സ്വന്തമായി സംഭവിക്കാത്ത ഒരു പ്രതിപ്രവർത്തനം നയിക്കാൻ ഒരു ബാഹ്യ വൈദ്യുത പ്രവാഹം ഉപയോഗിക്കുന്നു.
ആനോഡും കാഥോഡും:
ഒരു വോൾട്ടായിക് സെല്ലിൽ, ആനോഡ് നെഗറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡും കാഥോഡ് പോസിറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡും ആണ്. ഒരു ഇലക്ട്രോലൈറ്റിക് സെല്ലിൽ, ആനോഡ് പോസിറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡും കാഥോഡ് നെഗറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡും ആണ്. ഇത് പലപ്പോഴും വിദ്യാർത്ഥികളെ ആശയക്കുഴപ്പത്തിലാക്കുന്ന പ്രധാന വ്യത്യാസങ്ങളിൽ ഒന്നാണ്.
തുജുവാൻ:
ഒരു വോൾട്ടായിക് സെല്ലിന്റെ പ്രധാന ലക്ഷ്യം വൈദ്യുതി ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുക എന്നതാണ്, അതേസമയം ലോഹ ശുദ്ധീകരണം അല്ലെങ്കിൽ ജല വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണം പോലുള്ള രാസപ്രവർത്തനങ്ങൾക്ക് പ്രേരിപ്പിക്കാൻ ഒരു ഇലക്ട്രോലൈറ്റിക് സെൽ ഉപയോഗിക്കുന്നു.
അപ്ലികാസി:
വിവിധ ആവശ്യങ്ങൾക്കായി വൈദ്യുതി ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്ന ബാറ്ററികളിലും ഇന്ധന സെല്ലുകളിലും വോൾട്ടായിക് സെല്ലുകൾ സാധാരണയായി ഉപയോഗിക്കുന്നു. ലോഹ കാസ്റ്റിംഗ്, ഇലക്ട്രോപ്ലേറ്റിംഗ്, ലോഹ ശുദ്ധീകരണം തുടങ്ങിയ വ്യാവസായിക പ്രക്രിയകളിൽ ഇലക്ട്രോലൈറ്റിക് സെല്ലുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു.
ഉപസംഹാരം
ഇന്നത്തെ സാങ്കേതികവിദ്യയിൽ വോൾട്ടായിക്, ഇലക്ട്രോലൈറ്റിക് സെല്ലുകൾ ഒരു പ്രധാന പങ്ക് വഹിക്കുന്നു. ഓരോ തരം സെല്ലും എങ്ങനെ പ്രവർത്തിക്കുന്നുവെന്നും ഉദാഹരണ പ്രശ്നങ്ങളിലൂടെ ഉൾപ്പെട്ടിരിക്കുന്ന വിവിധ പാരാമീറ്ററുകൾ എങ്ങനെ കണക്കാക്കാമെന്നും മനസ്സിലാക്കുന്നത് ഇലക്ട്രോകെമിസ്ട്രി ആശയങ്ങളിൽ വൈദഗ്ദ്ധ്യം നേടുന്നതിന് പ്രധാനമാണ്. മുകളിലുള്ള ചർച്ചയിൽ, വോൾട്ടായിക്, ഇലക്ട്രോലൈറ്റിക് സെല്ലുകൾ തമ്മിലുള്ള അടിസ്ഥാന വ്യത്യാസങ്ങൾ, അവയുടെ ഊർജ്ജ സ്രോതസ്സുകൾ, പ്രതിപ്രവർത്തന തരങ്ങൾ, ദൈനംദിന ജീവിതത്തിൽ അവയുടെ പ്രയോഗങ്ങളുടെ ഉദാഹരണങ്ങൾ എന്നിവ ഞങ്ങൾ എടുത്തുകാണിച്ചു.
ഈ രണ്ട് തരം കോശങ്ങളെക്കുറിച്ചും നല്ല ധാരണയുണ്ടെങ്കിൽ, രസതന്ത്ര പരീക്ഷകളിലെ വിവിധ അനുബന്ധ പ്രശ്നങ്ങൾ പരിഹരിക്കുന്നതിനും അവ വിവിധ ആധുനിക ഉപകരണങ്ങളിലും സാങ്കേതികവിദ്യകളിലും പ്രയോഗിക്കുന്നതിനും നിങ്ങൾക്ക് നന്നായി തയ്യാറാകാൻ കഴിയും.
