उदाहरण प्रश्नहरू छलफल इलेक्ट्रोड क्षमता मापन
इलेक्ट्रोड क्षमता मापन गर्नु इलेक्ट्रोकेमिस्ट्रीको एक महत्त्वपूर्ण पक्ष हो। इलेक्ट्रोकेमिस्ट्री रसायन विज्ञानको एक शाखा हो जसले रासायनिक प्रतिक्रियाहरू र बिजुली बीचको सम्बन्धको अध्ययन गर्दछ। इलेक्ट्रोड क्षमता मापन गर्ने क्षमता महत्त्वपूर्ण छ, विशेष गरी ब्याट्रीहरू, क्षरण, र इलेक्ट्रोलिसिस जस्ता अनुप्रयोगहरूमा। यस लेखमा, हामी इलेक्ट्रोड क्षमता मापनको सन्दर्भमा धेरै उदाहरण समस्याहरू र तिनीहरूको समाधानहरू छलफल गर्नेछौं।
इलेक्ट्रोड पोटेन्सियल बुझ्दै
इलेक्ट्रोड पोटेन्सियल, वा सेल पोटेन्सियल, इलेक्ट्रोकेमिकल सेलमा दुई इलेक्ट्रोडहरू बीचको विद्युतीय पोटेन्सियल भिन्नता हो। यसलाई विभिन्न विधिहरू प्रयोग गरेर मापन गर्न सकिन्छ, जसमा संतृप्त क्यालोमेल इलेक्ट्रोड (SCE) वा सिल्भर/सिल्भर क्लोराइड (Ag/AgCl) इलेक्ट्रोड जस्ता मानक सन्दर्भ पोटेन्सियल प्रयोग गर्ने समावेश छ। मानक पोटेन्सियलले अन्य इलेक्ट्रोडहरूको पोटेन्सियल मापन र तुलना गर्ने बेन्चमार्कको रूपमा काम गर्दछ।
आधारभूत सूत्र
मानक अवस्थाहरूमा कोष क्षमता (\( E_{\text{sel}} \)) लाई सूत्रद्वारा व्यक्त गर्न सकिन्छ:
\[ E_{\text{cell}}^\circ = E_{\text{cathode}}^\circ – E_{\text{anode}}^\circ \]
वा
\[ E_{\text{सेल}} = E_{\text{क्याथोड}} – E_{\text{एनोड}} \]
नमुना प्रश्न र छलफल
उदाहरण प्रश्न १: ग्याल्भेनिक सेलको क्षमता मापन गर्ने
प्रश्न:
ZnSO₄ र CuSO₄ को घोलमा डुबाइएको जस्ता (Zn) इलेक्ट्रोड र तामा (Cu) इलेक्ट्रोड मिलेर बनेको ग्याल्भेनिक सेल दिइएको छ। जिंकको मानक इलेक्ट्रोड क्षमता (E°) -0.76 V र तामा +0.34 V छ। सेल क्षमता गणना गर्नुहोस् र इलेक्ट्रोन प्रवाहको दिशा निर्धारण गर्नुहोस्।
उत्तर:
पहिलो चरण भनेको एनोड र क्याथोड पहिचान गर्नु हो। इलेक्ट्रोकेमिस्ट्रीमा, एनोड त्यो ठाउँ हो जहाँ अक्सिडेशन (इलेक्ट्रोनहरू छोड्ने) हुन्छ, र क्याथोड त्यो ठाउँ हो जहाँ रिडक्सन (इलेक्ट्रोनहरू स्वीकार गर्ने) हुन्छ।
- जिंक (Zn) इलेक्ट्रोडहरू अक्सिडेशनबाट गुज्रन्छन्:
\[
\text{Zn} \rightarrow \text{Zn}^{2+} + 2\text{e}^- \quad (E^\circ = -0.76 \text{ V})
\]
– तामा (घन) इलेक्ट्रोडहरूमा कमी आउने गर्छ:
\[
\text{Cu}^{2+} + 2\text{e}^- \rightarrow \text{Cu} \quad (E^\circ = +0.34 \text{ V})
\]
सेल सम्भाव्य सूत्र प्रयोग गर्दै:
\[
E_{\text{cell}}^\circ = E_{\text{cathode}}^\circ – E_{\text{anode}}^\circ
= ०.३४ \पाठ{ V} – (-०.७६ \पाठ{ V})
= ०.३४ \पाठ{ V} + ०.७६ \पाठ{ V}
= १.१० \पाठ{ V}
\]
इलेक्ट्रोन प्रवाहको दिशा जिंक इलेक्ट्रोड (एनोड) बाट तामा इलेक्ट्रोड (क्याथोड) तिर हुन्छ।
उदाहरण प्रश्न २: गैर-मानक कोशिका क्षमता
प्रश्न:
०.१ M AgNO₃ घोलमा चाँदी (Ag) इलेक्ट्रोड र ०.०१ M ZnSO₄ घोलमा जिंक (Zn) इलेक्ट्रोड प्रयोग गरेर विद्युत रासायनिक कोष बनाइन्छ। चाँदीको मानक क्षमता +०.८० V र जिंक -०.७६ V छ। नर्नस्ट समीकरण प्रयोग गरेर गैर-मानक अवस्थामा सेल क्षमता गणना गर्नुहोस्।
उत्तर:
नर्न्स्ट समीकरण निम्न अनुसार दिइएको छ:
\[
E = E^\circ – \frac{RT}{nF} \ln Q
\]
कहाँ:
– \( E^\circ \) मानक कोष क्षमता हो,
– \( R \) विश्वव्यापी ग्यास स्थिरांक हो (८.३१४ J/mol K),
– \( T \) केल्भिनमा तापक्रम हो (जस्तै २९८ K),
– \( n \) भनेको स्थानान्तरण गरिएका इलेक्ट्रोनहरूको मोलहरूको संख्या हो,
– \( F \) फराडेको स्थिरांक हो (९६४८५ C/mol),
– \( Q \) प्रतिक्रिया भागफल हो।
कोशिका प्रतिक्रिया:
\[
\text{Zn} \rightarrow \text{Zn}^{2+} + 2 \text{e}^- \quad (एनोड)
\]
\[
\text{Ag}^{+} + \text{e}^- \rightarrow \text{Ag} \quad (क्याथोड)
\]
अब, कुल प्रतिक्रिया लेख्नुहोस्:
\[
\text{Zn} + २\text{Ag}^{+} \rightarrow \text{Zn}^{2+} + २\text{Ag}
\]
ध्यान दिनुहोस् कि n=2 (दुई इलेक्ट्रोनहरू स्थानान्तरण गरियो)। \( Q \) को मान गणना गर्नुहोस्:
\[
Q = \frac{[\text{Zn}^{2+}]}{[\text{Ag}^+]^2} = \frac{0.01}{(0.1)^2} = \frac{0.01}{0.01} = १
\]
\(\ln 1 = 0\) देखि, त्यसपछि नर्नस्ट समीकरण:
\[
E = E^\circ - \frac{RT}{nF} \ln Q = E^\circ
\]
त्यसैले हामीले मानक सम्भाव्यताबाट \( E^\circ \) मात्र गणना गर्न आवश्यक छ:
\[
E_{\text{cell}}^\circ = E_{\text{cathode}}^\circ – E_{\text{anode}}^\circ
= ०.३४ \पाठ{ V} – (-०.७६ \पाठ{ V})
= ०.३४ \पाठ{ V} + ०.७६ \पाठ{ V}
= १.१० \पाठ{ V}
\]
त्यसैले, गैर-मानक अवस्थाहरूमा कोशिका क्षमता १.५६ V रहन्छ किनभने \(\ln Q\) शून्य छ।
केसिम्पुलन
इलेक्ट्रोड क्षमता मापन गर्नु रसायन विज्ञानमा एक महत्वपूर्ण सीप हो, विशेष गरी इलेक्ट्रोकेमिकल अनुप्रयोगहरूको लागि। मानक क्षमता, सन्दर्भ इलेक्ट्रोडको प्रयोग, र नर्नस्ट समीकरणको प्रयोग जस्ता आधारभूत अवधारणाहरू बुझेर, हामी इलेक्ट्रोड क्षमता मापनसँग सम्बन्धित विभिन्न समस्याहरू समाधान गर्न सक्छौं। छलफल गरिएका उदाहरणहरूले मानक र गैर-मानक दुवै अवस्थामा सेल क्षमता निर्धारण गर्न आवश्यक प्रक्रिया र चरणहरूको सिंहावलोकन प्रदान गर्दछ। आशा छ, यो लेखले तपाईंलाई इलेक्ट्रोकेमिस्ट्री प्रयोगशालाहरूमा इलेक्ट्रोड क्षमता मापन गर्ने अवधारणा बुझ्न र लागू गर्न मद्दत गर्नेछ।
