د ولټیک حجرو په اړه د بحث کولو لپاره د مثال پوښتنې
پنډاهولوان
ولټایک حجره، چې د ګالوانیک حجرې په نوم هم پیژندل کیږي، هغه وسیله ده چې کیمیاوي انرژي د ریډوکس (اکسیډیشن کمولو) تعامل له لارې په بریښنایی انرژي بدلوي. ولټایک حجره دوه الکترودونه لري، چې معمولا د مختلفو فلزاتو څخه جوړ شوي، په الکترولیت کې ډوب شوي او د مالګې پل لخوا وصل دي. پدې مقاله کې، موږ به د ولټایک حجرو پورې اړوند څو مثالونو په اړه بحث وکړو ترڅو د دوی د کاري اصولو او د حجرو د احتمالي محاسبې په اړه زموږ پوهه ژوره کړو.
د ولټیک حجرو بنسټیز تیوري
مخکې له دې چې د مثال ستونزو ته لاړ شو، دا مهمه ده چې هغه اساسي مفاهیم او اجزا درک کړو چې د ولټیک حجرو جوړوي:
۱. انود او کیتود: په ولټیک حجره کې، انود هغه الکترود دی چیرې چې اکسیډیشن واقع کیږي، او کیتود هغه الکترود دی چیرې چې کمښت واقع کیږي. انود منفي چارج لري، پداسې حال کې چې کیتود مثبت چارج لري.
۲. د الکترون لاره: الکترونونه د بهرني سرکټ له لارې د انود څخه کیتوډ ته جریان لري، چې بریښنایی جریان تولیدوي.
۳. د حجرو پوټینشیل (E° حجره): د حجرو پوټینشیل د دوو الکترودونو ترمنځ د پوټینشیل توپیر دی. د حجرو معیاري پوټینشیل (E° حجره) د فورمول په کارولو سره محاسبه کیدی شي:
\[
E°cell = E°cathode – E°anode
\]
چیرې چې \(E°cathode\) او \(E°anode\) د کیتوډ او انوډ معیاري کمولو پوټینشیلونه دي.
۴. د مالګې پل: دا پل د ایونونو د حرکت اجازه ورکولو سره په دواړو الکترولیت محلولونو کې د ایون چارجونه متوازن کوي.
نمونې پوښتنې او بحث
د دې مفاهیمو د روښانه کولو لپاره، راځئ چې د ځینو مثالونو ستونزو په اړه بحث وکړو.
بېلګه پوښتنه ۱
پوښتنه:
د وولټا حجرو معیاري حجروي پوټینشیل محاسبه کړئ چې د Zn | Zn²⁺ (aq) الکترودونو او Cu | Cu²⁺ (aq) الکترودونو څخه جوړ دی. دا معلومه ده چې د Zn²⁺ | Zn لپاره معیاري کمولو پوټینشیل \(E°\) -0.76 V او د Cu²⁺ | Cu لپاره \(E°\) +0.34 V دی.
بحث:
لومړی ګام دا دی چې معلومه شي چې انود او کیتوډ کوم یو دی.
Zn د Cu (+0.34 V) په پرتله ډیر منفي کمولو پوتانشیل (-0.76 V) لري، نو Zn به د انوډ (د اکسیډیشن سایټ) او Cu د کیتوډ (د کمولو سایټ) په توګه کار وکړي.
بیا، موږ فورمول کاروو:
\[
E°cell = E°cathode – E°anode
\]
پیژندل شوي ارزښتونه بدل کړئ:
\[
د E° حجره = 0.34 V – (-0.76 V)
\]
\[
د E° حجره = 0.34 V + 0.76 V
\]
\[
د E° حجره = 1.10 V
\]
نو، د معیاري حجرو پوټینشن 1.10 V دی.
بېلګه پوښتنه ۱
پوښتنه:
یو ولټیک حجره د Fe | Fe²⁺ الکترودونو او Ag | Ag⁺ الکترودونو څخه جوړه شوې ده. د Fe²⁺ | Fe لپاره معیاري کمولو پوټینشیل -0.44 V دی او د Ag⁺ | Ag لپاره +0.80 V دی. د معیاري حجرو پوټینشیل محاسبه کړئ او د حجرو غبرګون ولیکئ.
بحث:
لکه څنګه چې مخکې وو، موږ باید د انود او کیتوډ مشخص کړو. څرنګه چې د Fe²⁺/Fe د کمولو پوټینشن د Ag⁺/Ag په پرتله ډیر منفي دی، نو Fe به د انود په توګه او Ag به د کیتوډ په توګه عمل وکړي.
فورمول وکاروئ:
\[
E°cell = E°cathode – E°anode
\]
\[
د E° حجره = 0.80 V – (-0.44 V)
\]
\[
د E° حجره = 0.80 V + 0.44 V
\]
\[
د E° حجره = 1.24 V
\]
د معیاري حجرو پوټینشن 1.24 V دی.
د ټول حجروي تعامل لپاره، موږ د اکسیډیشن او کمښت تعاملات سره یوځای کوو:
- په انود کې تعامل: \( \text{Fe} \rightarrow \text{Fe}^{2+} + 2\text{e}^- \)
- په کتوډ کې تعامل: \( \text{Ag}^+ + \text{e}^- \rightarrow \text{Ag} \)
په دواړو تعاملاتو کې د الکترونونو شمیر متوازن کول:
\[
\text{Fe} \rightarrow \text{Fe}^{2+} + 2\text{e}^-
\]
\[
۲\text{Ag}^+ + ۲\text{e}^- \right tarwrong ۲\text{Ag}
\]
د حجرو ټولیز غبرګون:
\[
\text{Fe} + 2\text{Ag}^+ \rightarrow \text{Fe}^{2+} + 2\text{Ag}
\]
بېلګه پوښتنه ۱
پوښتنه:
د ولټیک حجرو لپاره چې د Al | Al³⁺ الکترودونو او Ni | Ni²⁺ الکترودونو څخه جوړ شوي وي، د 25 درجو سانتي ګراد په حرارت کې د حجرو پوټینشیل محاسبه کړئ، که چیرې د Al³⁺ غلظت 0.001 M وي او د Ni²⁺ غلظت 1 M وي. دا معلومه ده چې \(E°\) د Al³⁺ | Al لپاره -1.66 V او \(E°\) د Ni²⁺ | Ni لپاره -0.23 V دی.
بحث:
لومړی، انود او کیتوډ مشخص کړئ:
– د Al³⁺/Al د کمولو پوټینشن د Ni²⁺/Ni (-0.23 V) په پرتله ډیر منفي (-1.66 V) دی، نو Al انود دی او Ni کیتوډ دی.
د حجرو معیاري پوټینشن په لاندې ډول محاسبه کیږي:
\[
E°cell = E°cathode – E°anode
\]
\[
د E° حجره = -0.23 V – (-1.66 V)
\]
\[
د E° حجره = -0.23 V + 1.66 V
\]
\[
د E° حجره = 1.43 V
\]
بیا، موږ د غیر معیاري شرایطو لاندې د حجرو پوټینشن محاسبه کولو لپاره د نرنسټ معادلې څخه کار اخلو:
\[
E_{حجره} = E°حجره – \left( \frac{RT}{nF} \right) \ln Q
\]
چیرته چې \( Q = \frac{[\text{Al}³⁺]}{[\text{Ni}²⁺]} \)، R د ګاز ثابت دی (8.314 J/mol·K)، T په کیلوین کې تودوخه ده (298 K په 25°C کې)، F د فاراډې ثابت دی (96485 C/mol)، او n د الکترونونو شمیر دی (6 د هغو تعاملاتو لپاره چې Al³⁺ او Ni²⁺ پکې شامل دي).
پیژندل شوي ارزښتونه په معادلې کې ځای په ځای کړئ:
\[
ق = \frac{0.001}{1} = 0.001
\]
\[
E_{حجره} = ۱.۴۳ V – \left( \frac{۸.۳۱۴ \times ۲۹۸}{۶ \times ۹۶۴۸۵} \right) \ln ۰.۰۰۱
\]
\[
E_{حجره} = ۱.۴۳ وولټ – \left( \frac{2477.172}{578910} \right) \ln ۰.۰۰۱
\]
\[
E_{حجره} = ۱.۴۳ وولټ – (۰.۰۰۴۲۸) \ln ۰.۰۰۱
\]
\[
\ln 0.001 = -6.907
\]
\[
E_{حجره} = ۱.۴۳ وولټ – (۰.۰۰۴۲۸ \ ځله -۶.۹۰۷)
\]
\[
E_{حجره} = ۱.۴۳ وولټ + ۰.۰۲۹۵
\]
\[
E_{حجره} = ۱.۴۵۹۵ وولټ
\]
نو، په دې حالت کې د حجرو پوټینشن شاوخوا 1.46 V دی.
پایله
ولټایک حجره په الکترو کیمیا کې یو بنسټیز مفهوم دی چې کیمیاوي انرژي په بریښنایی انرژي بدلوي. پدې مقاله کې د ولټایک حجرو تیوري اساسات معرفي شوي او د حجرو د ظرفیت محاسبه کولو پروسې روښانه کولو کې د مرستې لپاره مثالونه وړاندې شوي دي. د دې پوهې سره، لوستونکي به هیله ولري چې د ولټایک حجرو او په مختلفو شرایطو کې د دوی غوښتنلیکونو ښه پوهه ولري.
