भोल्टेइक कोषहरू र इलेक्ट्रोलाइटिक कोषहरूको तुलनाको बारेमा छलफल गर्ने उदाहरण प्रश्नहरू
भोल्टेइक कोषहरू र इलेक्ट्रोलाइटिक कोषहरू बीचको तुलना रसायन विज्ञानमा, विशेष गरी इलेक्ट्रोकेमिस्ट्रीको अध्ययनमा एक महत्त्वपूर्ण विषय हो। दुवै रासायनिक प्रतिक्रियाहरूबाट बिजुली उत्पादन गर्न वा विद्युतीय ऊर्जाको प्रयोग मार्फत रासायनिक प्रतिक्रियाहरू निर्देशित गर्न प्रयोग गरिने उपकरणहरू हुन्। यस लेखले उदाहरण समस्याहरू र छलफलहरू मार्फत भोल्टेइक कोषहरू र इलेक्ट्रोलाइटिक कोषहरू बीचको मुख्य भिन्नताहरूलाई हाइलाइट गर्नेछ। लक्ष्य दुई प्रकारका कोषहरूको पूर्ण र गहन बुझाइ प्रदान गर्नु हो।
भोल्टेइक सेल
भोल्टेइक सेल, जसलाई ग्याल्भेनिक सेल पनि भनिन्छ, एक प्रकारको इलेक्ट्रोकेमिकल सेल हो जसले स्वतःस्फूर्त रासायनिक प्रतिक्रियाबाट विद्युतीय प्रवाह उत्पादन गर्दछ। भोल्टेइक सेलमा, एक रेडक्स प्रतिक्रिया हुन्छ, जहाँ विभिन्न इलेक्ट्रोडहरूमा रिडक्सन र अक्सिडेशन हुन्छ। यसलाई राम्रोसँग बुझ्नको लागि, भोल्टेइक सेलको उदाहरण हेरौं।
उदाहरण प्रश्न १:
भोल्टेइक सेलको एनोड जस्ता (Zn) र तामाको क्याथोड (Cu) बाट बनेको हुन्छ। मानौं कि मानक रिडक्सन पोटेन्सियलको तालिका हेर्दा Cu²⁺/Cu को मानक रिडक्सन पोटेन्सियल (E°) +0,34 V र Zn²⁺/Zn को -0,76 V देखिन्छ। यस भोल्टेइक सेलको मानक सेल पोटेन्सियल (E° सेल) गणना गर्नुहोस्।
छलफल:
पहिले, अक्सिडेशन र रिडक्सनको लागि आधा-कोशिका प्रतिक्रियाहरू लेख्नुहोस्।
– एनोड (अक्सिडेशन): Zn(s) → Zn²⁺(aq) + 2e⁻
- क्याथोड (हटाई): Cu²⁺(aq) + 2e⁻ → Cu(s)
मानक कोशिका क्षमता (E° कोशिका) क्याथोड र एनोडको रिडक्सन क्षमतामा भएको भिन्नताबाट गणना गरिन्छ।
- E° सेल = E° क्याथोड - E° एनोड
– E° क्याथोड = +०.३४ V
– E° एनोड = -०.७६ V
त्यसैले मानक कोशिका क्षमता यो हो:
\[ E°_{sel} = 0.34V – (-0.76V) \]
\[ E°_{cell} = ०.३४V + ०.७६V \]
\[ E°_{sel} = १.१०V \]
त्यसैले, यस भोल्टेइक सेलको लागि मानक सेल क्षमता १.१० V हो।
इलेक्ट्रोलाइटिक सेल
अर्कोतर्फ, इलेक्ट्रोलाइटिक कोषहरूले गैर-स्वतःस्फूर्त रासायनिक प्रतिक्रियाहरू हुन बाध्य पार्न विद्युतीय ऊर्जा प्रयोग गर्छन्। इलेक्ट्रोलाइटिक कोषमा, बाह्य स्रोतबाट विद्युतीय प्रवाह लागू गरी रेडक्स प्रतिक्रिया चलाइन्छ जुन आफैंमा हुँदैन। यसको गुणहरू र कार्य सिद्धान्तहरू बुझ्न इलेक्ट्रोलाइटिक कोषको उदाहरण हेरौं।
उदाहरण प्रश्न १:
इलेक्ट्रोलिसिस प्रक्रियामा, पग्लिएको एल्युमिनियम अक्साइड (Al₂O₃) बाट एल्युमिनियम उत्पादन गरिन्छ। १ मोल एल्युमिनियम (Al) उत्पादन गर्न आवश्यक पर्ने बिजुलीको मात्रा गणना गर्नुहोस्। मान्नुहोस् कि Al को एक मोललाई तीन मोल इलेक्ट्रोन चाहिन्छ।
छलफल:
इलेक्ट्रोलिसिसको लागि विद्युत रासायनिक समीकरण अनुसार:
\[ Al^{3+}(aq) + 3e⁻ → Al(s) \]
यो ज्ञात छ कि एल्युमिनियमको प्रत्येक मोलको लागि, 3 मोल इलेक्ट्रोन आवश्यक पर्दछ। फराडेको नियम अनुसार, आवश्यक बिजुलीको मात्रा (Q) सूत्र प्रयोग गरेर गणना गर्न सकिन्छ:
\[ प्रश्न = n \cdot F \]
कहाँ:
- n भनेको इलेक्ट्रोनको मोलको संख्या हो
– F फराडेको स्थिरांक हो (९६५०० C/mol इलेक्ट्रोन)
१ मोल अल उत्पादन गर्न:
\[ n = ३ \पाठ{ इलेक्ट्रोनहरूको मोल} \]
यसरी, बिजुलीको मात्रा (Q):
\[ प्रश्न = ३ \cdot ९६५०० \]
\[ प्रश्न = २७१८ \पाठ{ C} \]
त्यसैले, १ मोल आल्मुनियम उत्पादन गर्न २८९५०० कूलम्ब बिजुली चाहिन्छ।
भोल्टेइक कोषहरू र इलेक्ट्रोलाइटिक कोषहरूको तुलना
निम्न तालिकाले भोल्टेइक कोषहरू र इलेक्ट्रोलाइटिक कोषहरू बीचको मुख्य भिन्नताहरूलाई संक्षेपमा प्रस्तुत गर्दछ:
| पक्षहरू | भोल्टेइक सेल | इलेक्ट्रोलाइटिक सेल |
|————————–|————————————|———————————–|
| ऊर्जा स्रोतहरू | रासायनिक प्रतिक्रियाहरू | विद्युत ऊर्जा |
| प्रतिक्रियाको प्रकार | स्वतःस्फूर्त | स्वतःस्फूर्त नहुने |
| एनोड (-)/क्याथोड (+) | एनोड (-), क्याथोड (+) | एनोड (+), क्याथोड (-) |
| उद्देश्य | बिजुली उत्पादन | रासायनिक प्रतिक्रियाहरू गराउने |
| अनुप्रयोगहरू | ब्याट्रीहरू, इन्धन कोषहरू | प्लेटिङ, धातु कास्टिङ, रिफाइनिङ |
ऊर्जा स्रोतहरू:
भोल्टेइक कोषहरूले स्वतःस्फूर्त रासायनिक प्रतिक्रियाहरूबाट विद्युतीय ऊर्जा उत्पादन गर्छन्, जबकि इलेक्ट्रोलाइटिक कोषहरूले बाह्य स्रोतबाट विद्युतीय ऊर्जा प्रयोग गरेर गैर-स्वतःस्फूर्त प्रतिक्रियाहरू हुन बाध्य पार्छन्।
प्रतिक्रियाको प्रकार:
भोल्टेइक सेलमा, एक सहज प्रतिक्रियाले इलेक्ट्रोनहरूलाई बाह्य सर्किट मार्फत एनोडबाट क्याथोडमा प्रवाहित गर्दछ। इलेक्ट्रोलाइटिक सेलमा, बाह्य विद्युतीय प्रवाह प्रयोग गरी प्रतिक्रिया चलाइन्छ जुन आफैंमा हुँदैन।
एनोड र क्याथोड:
भोल्टेइक सेलमा, एनोड नकारात्मक इलेक्ट्रोड हो र क्याथोड सकारात्मक इलेक्ट्रोड हो। इलेक्ट्रोलाइटिक सेलमा, एनोड सकारात्मक इलेक्ट्रोड हो र क्याथोड नकारात्मक इलेक्ट्रोड हो। यो मुख्य भिन्नताहरू मध्ये एक हो जसले प्रायः विद्यार्थीहरूलाई भ्रमित पार्छ।
उद्देश्य:
भोल्टेइक सेलको मुख्य उद्देश्य बिजुली उत्पादन गर्नु हो, जबकि इलेक्ट्रोलाइटिक सेल धातु प्रशोधन वा पानी इलेक्ट्रोलिसिस जस्ता रासायनिक प्रतिक्रियाहरू प्रेरित गर्न प्रयोग गरिन्छ।
आवेदन:
भोल्टेइक कोषहरू सामान्यतया ब्याट्री र इन्धन कोषहरूमा प्रयोग गरिन्छ, जसले विभिन्न अनुप्रयोगहरूको लागि बिजुली उत्पादन गर्दछ। इलेक्ट्रोलाइटिक कोषहरू धातु कास्टिङ, इलेक्ट्रोप्लेटिंग, र धातु परिष्करण जस्ता औद्योगिक प्रक्रियाहरूमा प्रयोग गरिन्छ।
केसिम्पुलन
आजको प्रविधिमा भोल्टेइक र इलेक्ट्रोलाइटिक कोषहरू दुवैले महत्त्वपूर्ण भूमिका खेल्छन्। प्रत्येक प्रकारको कोषले कसरी काम गर्छ र उदाहरण समस्याहरू मार्फत समावेश गरिएका विभिन्न प्यारामिटरहरू कसरी गणना गर्ने भनेर बुझ्नु इलेक्ट्रोकेमिस्ट्री अवधारणाहरूमा महारत हासिल गर्ने कुञ्जी हो। माथिको छलफलमा, हामीले भोल्टेइक र इलेक्ट्रोलाइटिक कोषहरू बीचको आधारभूत भिन्नताहरू हाइलाइट गरेका छौं, जसमा तिनीहरूको ऊर्जा स्रोतहरू, प्रतिक्रिया प्रकारहरू, र दैनिक जीवनमा तिनीहरूको प्रयोगका उदाहरणहरू समावेश छन्।
यी दुई प्रकारका कोषहरूको राम्रो बुझाइको साथ, तपाईं रसायन विज्ञान परीक्षामा विभिन्न सम्बन्धित समस्याहरू समाधान गर्न र तिनीहरूलाई विभिन्न आधुनिक उपकरणहरू र प्रविधिहरूमा लागू गर्न राम्रोसँग तयार हुनुहुनेछ।
