ဗော်လ်တိုင်းဆဲလ်များကို ဆွေးနွေးသည့် ဥပမာမေးခွန်းများ
Pendahuluan
ဗို့အားဆဲလ် သို့မဟုတ် ဂယ်ဗာနစ်ဆဲလ်ဟုလည်း လူသိများသော ဆိုသည်မှာ ရီဒေါ့စ် (ဓာတ်တိုးခြင်း-လျှော့ချခြင်း) ဓာတ်ပြုမှုမှတစ်ဆင့် ဓာတုစွမ်းအင်ကို လျှပ်စစ်စွမ်းအင်အဖြစ် ပြောင်းလဲပေးသည့် ကိရိယာတစ်ခုဖြစ်သည်။ ဗို့အားဆဲလ်တွင် မတူညီသောသတ္တုများဖြင့် ပြုလုပ်ထားသော အီလက်ထရုတ်နှစ်ခုပါဝင်ပြီး အီလက်ထရိုလိုက်တစ်ခုတွင် နှစ်ထားပြီး ဆားတံတားဖြင့် ချိတ်ဆက်ထားသည်။ ဤဆောင်းပါးတွင် ၎င်းတို့၏ အလုပ်လုပ်ပုံမူများနှင့် ဆဲလ်အလားအလာကို မည်သို့တွက်ချက်ရမည်ကို ပိုမိုနက်ရှိုင်းစွာ နားလည်နိုင်ရန် ဗို့အားဆဲလ်များနှင့် ဆက်စပ်သော ဥပမာများစွာကို ဆွေးနွေးပါမည်။
ဗော်လ်တိုင်းဆဲလ်များ၏ အခြေခံသီအိုရီ
ဥပမာပြဿနာများသို့ မဆက်မီ၊ Voltaic ဆဲလ်တစ်ခုကို ဖွဲ့စည်းထားသော အခြေခံသဘောတရားများနှင့် အစိတ်အပိုင်းများကို နားလည်ရန် အရေးကြီးပါသည်။
၁။ အန်နုတ်နှင့် ကက်သုတ်- Voltaic cell တွင် အန်နုတ်သည် အောက်ဆီဒေးရှင်းဖြစ်ပေါ်သည့် အီလက်ထရုတ်ဖြစ်ပြီး ကက်သုတ်သည် လျော့ချမှုဖြစ်ပေါ်သည့် အီလက်ထရုတ်ဖြစ်သည်။ အန်နုတ်တွင် အနုတ်ဓာတ်ရှိပြီး ကက်သုတ်တွင် အပေါင်းဓာတ်ရှိသည်။
၂။ အီလက်ထရွန်လမ်းကြောင်း- အီလက်ထရွန်များသည် အန်နုတ်မှ ကတ်သုတ်သို့ ပြင်ပပတ်လမ်းမှတစ်ဆင့် စီးဆင်းပြီး လျှပ်စစ်စီးကြောင်းကို ထုတ်လုပ်သည်။
၃။ ဆဲလ်အလားအလာ (E°ဆဲလ်): ဆဲလ်အလားအလာသည် အီလက်ထရုတ်နှစ်ခုကြားရှိ အလားအလာကွာခြားချက်ဖြစ်သည်။ စံဆဲလ်အလားအလာ (E°ဆဲလ်) ကို ဖော်မြူလာကို အသုံးပြု၍ တွက်ချက်နိုင်သည်-
\[
E°cell = E°cathode – E°anode
\]
ဤတွင် \(E°cathode\) နှင့် \(E°anode\) တို့သည် cathode နှင့် anode ၏ စံလျှော့ချမှု အလားအလာများ ဖြစ်သည်။
၄။ ဆားတံတား- ဤတံတားသည် အိုင်းယွန်းများ၏ ရွေ့လျားမှုကို ခွင့်ပြုခြင်းဖြင့် အီလက်ထရိုလိုက် ပျော်ရည်နှစ်မျိုးလုံးရှိ အိုင်းယွန်းအားသွင်းမှုများကို ဟန်ချက်ညီစေသည်။
နမူနာမေးခွန်းများနှင့် ဆွေးနွေးချက်
ဤသဘောတရားများကို ရှင်းလင်းစေရန်အတွက် ဥပမာပြဿနာအချို့ကို ဆွေးနွေးကြပါစို့။
ဥပမာမေးခွန်း ၉
မေးခွန်း:
Zn | Zn²⁺ (aq) လျှပ်ကူးပစ္စည်းများနှင့် Cu | Cu²⁺ (aq) လျှပ်ကူးပစ္စည်းများပါဝင်သော Volta ဆဲလ်၏ စံဆဲလ်အလားအလာကို တွက်ချက်ပါ။ Zn²⁺ | Zn အတွက် စံလျှော့ချမှုအလားအလာ \(E°\) သည် -0.76 V ဖြစ်ပြီး Cu²⁺ | Cu အတွက် \(E°\) သည် +0.34 V ဖြစ်ကြောင်း သိရှိရပါသည်။
ဆွေးနွေးချက်
ပထမခြေလှမ်းကတော့ anode နဲ့ cathode ဘယ်ဟာလဲဆိုတာ ဆုံးဖြတ်ဖို့ပါ။
Zn သည် Cu (+0.34 V) ထက် အနုတ် လျော့ချမှု အလားအလာ (-0.76 V) ပိုများသောကြောင့် Zn သည် အန်နုတ် (ဓာတ်တိုးသည့်နေရာ) အဖြစ်နှင့် Cu သည် ကတ်သုတ် (လျော့ချသည့်နေရာ) အဖြစ် လုပ်ဆောင်မည်ဖြစ်သည်။
နောက်တစ်ခုအနေနဲ့ ကျွန်တော်တို့ ဖော်မြူလာကို အသုံးပြုပါတယ်-
\[
E°cell = E°cathode – E°anode
\]
သိရှိထားသောတန်ဖိုးများကို အစားထိုးပါ-
\[
E°ဆဲလ် = 0.34 V – (-0.76 V)
\]
\[
E°ဆဲလ် = 0.34 V + 0.76 V
\]
\[
E°ဆဲလ် = 1.10 V
\]
ဒါကြောင့် စံသတ်မှတ်ထားတဲ့ cell potential က 1.10 V ဖြစ်ပါတယ်။
ဥပမာမေးခွန်း ၉
မေးခွန်း:
Voltaic cell တစ်ခုကို Fe | Fe²⁺ လျှပ်ကူးပစ္စည်းများနှင့် Ag | Ag⁺ လျှပ်ကူးပစ္စည်းများဖြင့် ဖွဲ့စည်းထားသည်။ Fe²⁺ | Fe အတွက် စံလျှော့ချမှုအလားအလာမှာ -0.44 V ဖြစ်ပြီး Ag⁺ | Ag အတွက် +0.80 V ဖြစ်သည်။ စံဆဲလ်အလားအလာကို တွက်ချက်ပြီး ဆဲလ်တုံ့ပြန်မှုကို ရေးပါ။
ဆွေးနွေးချက်
အရင်ကလိုပဲ၊ anode နဲ့ cathode ကို ဆုံးဖြတ်ဖို့ လိုပါတယ်။ Fe²⁺/Fe ရဲ့ reduction potential ဟာ Ag⁺/Ag ထက် အနုတ်လက္ခဏာဆောင်တဲ့အတွက် Fe က anode အဖြစ်နဲ့ Ag က cathode အဖြစ် လုပ်ဆောင်ပါလိမ့်မယ်။
ဖော်မြူလာကို အသုံးပြုပါ-
\[
E°cell = E°cathode – E°anode
\]
\[
E°ဆဲလ် = 0.80 V – (-0.44 V)
\]
\[
E°ဆဲလ် = 0.80 V + 0.44 V
\]
\[
E°ဆဲလ် = 1.24 V
\]
စံသတ်မှတ်ထားသော ဆဲလ်ဗို့အားမှာ 1.24 V ဖြစ်သည်။
ဆဲလ်ဓာတ်ပြုမှုတစ်ခုလုံးအတွက်၊ အောက်ဆီဒေးရှင်းနှင့် လျော့ချမှုဓာတ်ပြုမှုများကို ပေါင်းစပ်ထားပါသည်။
– အန်နုတ်တွင် ဓာတ်ပြုမှု- \( \text{Fe} \rightarrow \text{Fe}^{2+} + 2\text{e}^- \)
– ကတ်သုတ်တွင် ဓာတ်ပြုမှု- \( \text{Ag}^+ + \text{e}^- \rightarrow \text{Ag} \)
ဓာတ်ပြုမှုနှစ်ခုလုံးတွင် အီလက်ထရွန်အရေအတွက်ကို ဟန်ချက်ညီစေခြင်း-
\[
\text{Fe} \rightarrow \text{Fe}^{2+} + 2\text{e}^-
\]
\[
၂\text{Ag}^+ + ၂\text{e}^- \rightarrow ၂\text{Ag}
\]
စုစုပေါင်းဆဲလ်တုံ့ပြန်မှု:
\[
\text{Fe} + 2\text{Ag}^+ \rightarrow \text{Fe}^{2+} + 2\text{Ag}
\]
ဥပမာမေးခွန်း ၉
မေးခွန်း:
Al³⁺ ၏ ပါဝင်မှုသည် 0.001 M ဖြစ်ပြီး Ni²⁺ ၏ ပါဝင်မှုသည် 1 M ဖြစ်ပါက Al | Al³⁺ လျှပ်ကူးပစ္စည်းများနှင့် Ni | Ni²⁺ လျှပ်ကူးပစ္စည်းများ ပါဝင်သည့် Voltaic ဆဲလ်အတွက် 25°C တွင် ဆဲလ်အလားအလာကို တွက်ချက်ပါ။ Al³⁺ | Al အတွက် \(E°\) သည် -1.66 V နှင့် Ni²⁺ | Ni အတွက် \(E°\) သည် -0.23 V ဖြစ်ကြောင်း သိရှိရပါသည်။
ဆွေးနွေးချက်
ပထမဦးစွာ anode နှင့် cathode ကိုဆုံးဖြတ်ပါ။
– Al³⁺/Al ၏ လျော့ချမှုအလားအလာသည် Ni²⁺/Ni (-0.23 V) ထက် အနုတ်လက္ခဏာ (-1.66 V) ပိုများသောကြောင့် Al သည် အန်နုတ်ဖြစ်ပြီး Ni သည် ကက်သုတ်ဖြစ်သည်။
စံဆဲလ်အလားအလာကို အောက်ပါအတိုင်းတွက်ချက်သည်-
\[
E°cell = E°cathode – E°anode
\]
\[
E°ဆဲလ် = -၀.၂၃ V – (-၁.၆၆ V)
\]
\[
E°ဆဲလ် = -၀.၂၃ V + ၁.၆၆ V
\]
\[
E°ဆဲလ် = 1.43 V
\]
ထို့နောက် ကျွန်ုပ်တို့သည် Nernst ညီမျှခြင်းကို အသုံးပြု၍ စံမမီသော အခြေအနေများအောက်တွင် ဆဲလ်အလားအလာကို တွက်ချက်ပါသည်။
\[
E_{cell} = E°cell – \left( \frac{RT}{nF} \right) \ln Q
\]
ဤတွင် \( Q = \frac{[\text{Al}³⁺]}{[\text{Ni}²⁺]} \)၊ R သည် ဓာတ်ငွေ့ကိန်းသေ (8.314 J/mol·K)၊ T သည် Kelvin အပူချိန် (25°C တွင် 298 K)၊ F သည် Faraday ကိန်းသေ (96485 C/mol) နှင့် n သည် အီလက်ထရွန်အရေအတွက် (Al³⁺ နှင့် Ni²⁺ ပါဝင်သော ဓာတ်ပြုမှုများအတွက် 6) ဖြစ်သည်။
သိရှိထားသောတန်ဖိုးများကို ညီမျှခြင်းထဲသို့ အစားထိုးပါ-
\[
Q = \frac{0.001}{1} = 0.001
\]
\[
E_{cell} = 1.43 V – \left( \frac{8.314 \times 298}{6 \times 96485} \right) \ln 0.001
\]
\[
E_{cell} = 1.43 V – \left( \frac{2477.172}{578910} \right) \ln 0.001
\]
\[
E_{ဆဲလ်} = 1.43 V – (0.00428) \ln 0.001
\]
\[
\ln ၀.၀၀၁ = -၆.၉၀၇
\]
\[
E_{ဆဲလ်} = 1.43 V – (0.00428 \x -6.907)
\]
\[
E_{ဆဲလ်} = 1.43 V + 0.0295
\]
\[
E_{ဆဲလ်} = 1.4595 V
\]
ဒါကြောင့် ဒီအခြေအနေမှာ ဆဲလ်အလားအလာက 1.46 V လောက်ရှိပါတယ်။
နိဂုံး
ဗို့အားဆဲလ်ဆိုသည်မှာ ဓာတုစွမ်းအင်ကို လျှပ်စစ်စွမ်းအင်အဖြစ် ပြောင်းလဲပေးသည့် လျှပ်စစ်ဓာတုဗေဒတွင် အခြေခံသဘောတရားတစ်ခုဖြစ်သည်။ ဤဆောင်းပါးသည် ဗို့အားဆဲလ်သီအိုရီ၏ အခြေခံများကို မိတ်ဆက်ပေးထားပြီး ဆဲလ်အလားအလာတွက်ချက်ခြင်းလုပ်ငန်းစဉ်ကို ရှင်းလင်းစေရန် ဥပမာများကို ပံ့ပိုးပေးထားသည်။ ဤနားလည်မှုဖြင့် စာဖတ်သူများသည် ဗို့အားဆဲလ်များနှင့် ၎င်းတို့၏အသုံးချမှုများကို မတူညီသောအခြေအနေများတွင် ပိုမိုနားလည်နိုင်လိမ့်မည်ဟု မျှော်လင့်ပါသည်။
