व्होल्टेइक सेल आणि इलेक्ट्रोलाइटिक सेल यांच्या तुलनेवर चर्चा करणारे नमुना प्रश्न
व्होल्टेइक सेल आणि इलेक्ट्रोलाइटिक सेल यांच्यातील तुलना हा रसायनशास्त्रातील, विशेषतः विद्युत-रसायनशास्त्राच्या अभ्यासातील एक महत्त्वाचा विषय आहे. ही दोन्ही उपकरणे रासायनिक अभिक्रियांमधून वीज निर्माण करण्यासाठी किंवा विद्युत ऊर्जेचा वापर करून रासायनिक अभिक्रियांना दिशा देण्यासाठी वापरली जातात. हा लेख उदाहरणादाखल दिलेल्या समस्या आणि चर्चेच्या माध्यमातून व्होल्टेइक सेल आणि इलेक्ट्रोलाइटिक सेल यांच्यातील मुख्य फरक स्पष्ट करेल. या दोन प्रकारच्या सेलची सखोल आणि संपूर्ण माहिती देणे, हे यामागील उद्दिष्ट आहे.
व्होल्टेइक सेल
व्होल्टेइक सेल, ज्याला गॅल्व्हॅनिक सेल असेही म्हणतात, हा एक प्रकारचा इलेक्ट्रोकेमिकल सेल आहे जो उत्स्फूर्त रासायनिक अभिक्रियेतून विद्युत प्रवाह निर्माण करतो. व्होल्टेइक सेलमध्ये रेडॉक्स अभिक्रिया घडते, जिथे वेगवेगळ्या इलेक्ट्रोडवर क्षपण आणि ऑक्सिडीकरण होते. हे अधिक चांगल्या प्रकारे समजून घेण्यासाठी, आपण व्होल्टेइक सेलचे एक उदाहरण पाहूया.
उदाहरण प्रश्न ३:
व्होल्टेइक सेलचा ॲनोड जस्त (Zn) आणि कॅथोड तांबे (Cu) यांचा बनलेला असतो. समजा, मानक क्षपण विभवांच्या तक्त्यानुसार Cu²⁺/Cu चे मानक क्षपण विभव (E°) +0,34 V आणि Zn²⁺/Zn चे -0,76 V आहे. या व्होल्टेइक सेलच्या मानक सेल विभवाची (E° cell) गणना करा.
चर्चा:
सर्वप्रथम, ऑक्सिडेशन आणि रिडक्शनसाठी अर्ध-सेल अभिक्रिया लिहा.
– ॲनोड (ऑक्सिडीकरण): Zn(s) → Zn²⁺(aq) + 2e⁻
– कॅथोड (कपात): Cu²⁺(aq) + 2e⁻ → Cu(s)
कॅथोड आणि ॲनोडच्या रिडक्शन पोटेन्शिअलमधील फरकावरून स्टँडर्ड सेल पोटेन्शिअल (E° cell) ची गणना केली जाते.
– E° सेल = E° कॅथोड – E° एनोड
– E° कॅथोड = +0,34 V
– E° ॲनोड = -0,76 V
म्हणून मानक सेल विभवांतर हे आहे:
\[ E°_{sel} = 0.34V – (-0.76V) \]
\[ E°_{cell} = 0.34V + 0.76V \]
\[ E°_{sel} = 1.10V \]
म्हणून, या व्होल्टेइक सेलचे मानक सेल पोटेन्शियल 1,10 V आहे.
इलेक्ट्रोलाइटिक सेल
याउलट, इलेक्ट्रोलाइटिक सेल, नैसर्गिकरित्या न होणाऱ्या रासायनिक अभिक्रिया घडवून आणण्यासाठी विद्युत ऊर्जेचा वापर करतात. इलेक्ट्रोलाइटिक सेलमध्ये, बाह्य स्रोताकडून विद्युत प्रवाह दिला जातो, ज्यामुळे एक रेडॉक्स अभिक्रिया घडून येते, जी नैसर्गिकरित्या घडत नाही. इलेक्ट्रोलाइटिक सेलचे गुणधर्म आणि कार्यतत्त्वे समजून घेण्यासाठी आपण त्याचे एक उदाहरण पाहूया.
उदाहरण प्रश्न ३:
विद्युत अपघटन प्रक्रियेमध्ये, वितळलेल्या ॲल्युमिनियम ऑक्साईड (Al₂O₃) पासून ॲल्युमिनियम तयार केले जाते. १ मोल ॲल्युमिनियम (Al) तयार करण्यासाठी लागणाऱ्या विजेचे प्रमाण काढा. असे गृहीत धरा की एका मोल Al साठी तीन मोल इलेक्ट्रॉन लागतात.
चर्चा:
विद्युत अपघटनाच्या विद्युत रासायनिक समीकरणानुसार:
\[ Al^{3+}(aq) + 3e⁻ → Al(s) \]
हे ज्ञात आहे की ॲल्युमिनियमच्या प्रत्येक मोलसाठी ३ मोल इलेक्ट्रॉनची आवश्यकता असते. फॅरेडेच्या नियमानुसार, आवश्यक विजेचे प्रमाण (Q) खालील सूत्राने मोजता येते:
\[ Q = n \cdot F \]
di mana:
– n म्हणजे इलेक्ट्रॉनच्या मोलची संख्या
– F हा फॅराडेचा स्थिरांक आहे (९६५०० C/मोल इलेक्ट्रॉन)
१ मोल ॲल्युमिनियम (Al) तयार करण्यासाठी:
\[ n = 3 \text{ इलेक्ट्रॉनचे मोल} \]
अशाप्रकारे, विजेचे प्रमाण (Q):
\[ Q = 3 \cdot 96500 \]
\[ Q = 289500 \text{ C} \]
म्हणून, 1 मोल ॲल्युमिनियम तयार करण्यासाठी 289500 कूलॉम्ब विजेची आवश्यकता असते.
व्होल्टेइक पेशी आणि इलेक्ट्रोलाइटिक पेशींची तुलना
खालील तक्त्यामध्ये व्होल्टेइक सेल आणि इलेक्ट्रोलाइटिक सेल यांच्यातील मुख्य फरक सारांशित केले आहेत:
| पैलू | व्होल्टेइक सेल | इलेक्ट्रोलाइटिक सेल |
|————————–|————————————|——————————–|
ऊर्जेचे स्रोत | रासायनिक अभिक्रिया | विद्युत ऊर्जा |
| प्रतिक्रियेचा प्रकार | उत्स्फूर्त | अनुत्स्फूर्त |
| ॲनोड (-)/कॅथोड (+) | ॲनोड (-), कॅथोड (+) | ॲनोड (+), कॅथोड (-) |
| उद्देश | वीज निर्माण करणे | रासायनिक अभिक्रिया घडवून आणणे |
| उपयोग | बॅटरी, इंधन सेल | प्लेटिंग, धातू ओतकाम, शुद्धीकरण |
ऊर्जेचे स्रोत:
व्होल्टेइक सेल स्वयंस्फूर्त रासायनिक अभिक्रियांमधून विद्युत ऊर्जा निर्माण करतात, तर इलेक्ट्रोलाइटिक सेल बाह्य स्रोताकडून विद्युत ऊर्जा वापरून अनैच्छिक अभिक्रिया घडवून आणतात.
प्रतिक्रियेचा प्रकार:
व्होल्टेइक घटामध्ये, एका स्वयंप्रेरित अभिक्रियेमुळे बाह्य परिपथाद्वारे इलेक्ट्रॉन ॲनोडपासून कॅथोडकडे वाहतात. इलेक्ट्रोलाइटिक घटामध्ये, जी अभिक्रिया आपोआप घडत नाही, ती घडवून आणण्यासाठी बाह्य विद्युत प्रवाहाचा वापर केला जातो.
अ‍ॅनोड आणि कॅथोड:
व्होल्टेइक घटामध्ये, ॲनोड हा ऋण इलेक्ट्रोड असतो आणि कॅथोड हा धन इलेक्ट्रोड असतो. इलेक्ट्रोलाइटिक घटामध्ये, ॲनोड हा धन इलेक्ट्रोड असतो आणि कॅथोड हा ऋण इलेक्ट्रोड असतो. हा एक मुख्य फरक आहे ज्यामुळे विद्यार्थ्यांमध्ये अनेकदा गोंधळ होतो.
उद्दिष्ट:
व्होल्टेइक सेलचा मुख्य उद्देश वीज निर्माण करणे हा आहे, तर इलेक्ट्रोलाइटिक सेलचा उपयोग धातू शुद्धीकरण किंवा जलविद्युत अपघटन यांसारख्या रासायनिक अभिक्रिया घडवून आणण्यासाठी केला जातो.
अनुप्रयोग:
व्होल्टेइक सेलचा वापर सामान्यतः बॅटरी आणि फ्युएल सेलमध्ये केला जातो, जे विविध उपयोगांसाठी वीज निर्माण करतात. इलेक्ट्रोलाइटिक सेलचा वापर धातू ओतणे, इलेक्ट्रोप्लेटिंग आणि धातू शुद्धीकरण यांसारख्या औद्योगिक प्रक्रियांमध्ये केला जातो.
निष्कर्ष
आजच्या तंत्रज्ञानात व्होल्टेइक आणि इलेक्ट्रोलाइटिक दोन्ही सेल महत्त्वाची भूमिका बजावतात. प्रत्येक प्रकारचा सेल कसा कार्य करतो आणि उदाहरणांच्या माध्यमातून त्यातील विविध पॅरामीटर्सची गणना कशी करायची हे समजून घेणे, इलेक्ट्रोकेमिस्ट्रीच्या संकल्पनांवर प्रभुत्व मिळवण्यासाठी महत्त्वाचे आहे. वरील चर्चेत, आम्ही व्होल्टेइक आणि इलेक्ट्रोलाइटिक सेल यांच्यातील मूलभूत फरक, त्यांचे ऊर्जा स्रोत, अभिक्रियेचे प्रकार आणि दैनंदिन जीवनातील त्यांच्या उपयोगांची उदाहरणे यांवर प्रकाश टाकला आहे.
या दोन प्रकारच्या पेशींची चांगली समज असल्यामुळे, तुम्ही रसायनशास्त्राच्या परीक्षांमधील विविध संबंधित प्रश्न सोडवण्यासाठी आणि त्यांचा विविध आधुनिक साधने व तंत्रज्ञानाशी संबंध जोडण्यासाठी अधिक चांगल्या प्रकारे तयार व्हाल.
