اليڪٽرو ڪيمسٽري بحث جي سوالن جي مثال
اليڪٽرو ڪيمسٽري ڪيمسٽري جي هڪ شاخ آهي جيڪا ڪيميائي رد عمل ۽ برقي توانائي ۾ تبديلين جي وچ ۾ تعلق جو مطالعو ڪري ٿي. اليڪٽرو ڪيمسٽري ۾، ٻه مکيه تصور آهن: آڪسائيڊيشن (اليڪٽرانن جو ڇڏڻ) ۽ گهٽتائي (اليڪٽرانن جو حاصل). اهي عمل ٻن قسمن جي اليڪٽرو ڪيميڪل سيلز ۾ ڏسي سگهجن ٿا: وولٽيڪ سيلز (گليوانڪ سيلز) ۽ اليڪٽروليٽڪ سيلز. هيٺ ڪجهه مثال مسئلا ۽ انهن جي وضاحتون آهن جيڪي توهان کي اليڪٽرو ڪيمسٽري کي سمجهڻ ۾ مدد ڪنديون.
مثال سوال 1: وولٽيڪ سيل
سوال:
هڪ وولٽيڪ سيل ڏنو ويو آهي جنهن ۾ زنڪ (Zn) ۽ ڪاپر (Cu) اليڪٽروڊ هڪ لوڻ واري پل ذريعي ڳنڍيل آهن. Zn کي 1 M ZnSO4 محلول ۾ ۽ Cu کي 1 M CuSO4 محلول ۾ ٻوڙيو ويو آهي. هر اليڪٽرروڊ تي ٿيندڙ رد عمل لکو ۽ وولٽيڪ سيل جي امڪاني فرق (EMF) جو حساب لڳايو. معياري اليڪٽروڊ امڪاني ڊيٽا:
\[ اي ^ او _{\ٽيڪسٽ{زين}^{2+}/\ٽيڪسٽ{زين}} = -0.76 \، \ٽيڪسٽ{وي} \]
\[ E^o_{\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}} = +0.34 \, \text{V} \]
بحث:
پهريون قدم اهو طئي ڪرڻ آهي ته ريڊوڪس رد عمل ٿئي ٿو. هڪ وولٽيڪ سيل ۾، هڪ خود بخود ريڊوڪس رد عمل ٿئي ٿو جتي
- زنڪ (Zn) آڪسائيڊيشن مان گذري ٿو:
\[ \ٽيڪسٽ{زن (ايس)} \رائيٽ آرو \ٽيڪسٽ{زن}^{2+} (اي ڪيو) + 2اي^- \]
- ٽامي (Cu) ۾ گهٽتائي اچي ٿي:
\[ \text{Cu}^{2+} (aq) + 2e^- \rightarrow \text{Cu (s)} \]
هڪ وولٽيڪ سيل ۾ ڪل ريڊوڪس رد عمل آهي:
\[ \ٽيڪسٽ{زن(س)} + \ٽيڪسٽ{ڪيو}^{2+} (اي ڪيو) \رائيٽ آرو \ٽيڪسٽ{زن}^{2+} (اي ڪيو) + \ٽيڪسٽ{ڪيو(س)} \]
اڳيون، اسين سيل امڪاني فرق جو حساب ڪنداسين:
\[ اي_{\ٽيڪسٽ{سيل}} = اي^او_{\ٽيڪسٽ{ڪيٿوڊ}} – اي^او_{\ٽيڪسٽ{اينوڊ}} \]
ڪٿي:
- ڪيٿوڊ اهو اليڪٽرروڊ آهي جتي گهٽتائي (Cu) ٿيندي آهي.
- اينوڊ اهو اليڪٽرروڊ آهي جتي آڪسائيڊيشن (Zn) ٿيندي آهي.
تان ته،
\[ اي_{\ٽيڪسٽ{سيل}} = 0.34 \، \ٽيڪسٽ{وي} – (-0.76 \، \ٽيڪسٽ{وي}) \]
\[ اي_{\ٽيڪسٽ{سيل}} = 0.34 \، \ٽيڪسٽ{وي} + 0.76 \، \ٽيڪسٽ{وي} = 1.10 \، \ٽيڪسٽ{وي} \]
ڪيسمپلن:
- اهو رد عمل جيڪو اينوڊ (Zn) تي ٿئي ٿو:
\[ \ٽيڪسٽ{زن (ايس)} \رائيٽ آرو \ٽيڪسٽ{زن}^{2+} (اي ڪيو) + 2اي^- \]
- ڪيٿوڊ (Cu) تي ٿيندڙ رد عمل:
\[ \text{Cu}^{2+} (aq) + 2e^- \rightarrow \text{Cu (s)} \]
- سيل امڪاني فرق (EMF): 1.10 V
-
مثال سوال 2: اليڪٽرولائيٽڪ سيل
سوال:
NaCl محلول جي اليڪٽرولائيزيشن ۾، ڪيٿوڊ ۽ اينوڊ تي ٿيندڙ رد عمل بيان ڪريو جيڪڏهن هڪ غير فعال اليڪٽروڊ، جهڙوڪ پلاٽينم (Pt)، استعمال ڪيو وڃي. 1 گرام Cl2 پيدا ڪرڻ لاءِ گهربل ڪل چارج جو حساب ڪريو. (Ar Cl = 35.5)
بحث:
پهريون قدم اهو آهي ته NaCl لوڻ جي محلول ۾ هر اليڪٽروڊ تي ٿيندڙ رد عملن کي لکو وڃي.
- ڪيٿوڊ تي (گهٽتائي):
هن عمل ۾، پاڻي مان H+ آئن گهٽجي ويندا:
\[ 2H_2O(l) + 2e^- \rightarrow H_2(g) + 2OH^-(aq) \]
- اينوڊ تي (آڪسائيڊشن):
ڪلائيئن آڪسائيڊيشن مان گذرندي Cl2 گيس بڻجي ويندو:
\[ 2Cl^-(aq) \rightarrow Cl_2(g) + 2e^- \]
ڪُل رد عمل:
تنهن ڪري NaCl محلول جي اليڪٽرولائيزيشن ۾ ٿيندڙ ڪل رد عمل هي آهي:
\[ 2NaCl(aq) + 2H_2O(l) \rightarrow 2NaOH(aq) + H_2(g) + Cl_2(g) \]
1 گرام Cl2 پيدا ڪرڻ لاءِ گهربل چارج جو حساب ڪرڻ لاءِ، اسان کي Cl2 جي مول جو تعداد طئي ڪرڻو پوندو:
\[ \text{Cl جو ماس}_2 = 1 \text{گرام} \]
\[ \text{Ar Cl}_2 = 2 \ ڀيرا 35.5 = 71 \text{ گرام/مول} \]
\[ \text{Cl جي moles جو تعداد}_2 = \frac{1}{71} \text{ mol} \]
اينوڊ تي رد عمل جي مساوات جي بنياد تي، 2 مول اليڪٽران مان 1 مول Cl2 پيدا ٿئي ٿو:
\[ 2Cl^- \ساڄو تير Cl_2 + 2e^- \]
ٻين لفظن ۾، Cl2 جي 1 mole لاءِ 2 mole اليڪٽران جي ضرورت آهي.
اليڪٽران جي مولز جو تعداد:
\[ \text{اليڪٽرانن جي مول جو تعداد} = 2 \ ڀيرا \frac{1}{71} = \frac{2}{71} \text{ mol} \]
گهربل چارج کي فاراڊي ويليو (F = 96485 C/mol e^-) استعمال ڪندي ڳڻپ ڪري سگهجي ٿو:
\[ سوال = ن \ ڀيرا ايف \]
\[ ق = \کاٻو(\frac{2}{71} \ٽيڪسٽ{ mol}\right) \ٽائيمز 96485 \ٽيڪسٽ{ سي/مول} \]
\[ سوال = 2718 \ٽيڪسٽ{ سي} \]
ڪيسمپلن:
- ڪيٿوڊ تي رد عمل:
\[ 2H_2O(l) + 2e^- \rightarrow H_2(g) + 2OH^-(aq) \]
- اينوڊ تي رد عمل:
\[ 2Cl^-(aq) \rightarrow Cl_2(g) + 2e^- \]
- 1 گرام Cl2 پيدا ڪرڻ لاءِ گهربل ڪل چارج 2718 سينٽي گريڊ آهي.
-
مثال 3: نرنسٽ تعلق ۽ غير معياري حالتون
سوال:
0.1 M جي سلور آئن ڪنسنٽريشن سان Ag/Ag+ اليڪٽروڊ ۽ 0.01 M جي ڪنسنٽريشن سان Zn/Zn2+ اليڪٽروڊ مان ٺهيل وولٽيڪ سيل جي پوٽينشل جو حساب لڳايو. معياري اليڪٽروڊ پوٽينشل آهي:
\[ اي ^ او _{\ٽيڪسٽ{اي جي}^{+}/\ٽيڪسٽ{اي جي}} = +0.80 \, \ٽيڪسٽ{وي} \]
\[ اي ^ او _{\ٽيڪسٽ{زين}^{2+}/\ٽيڪسٽ{زين}} = -0.76 \، \ٽيڪسٽ{وي} \]
بحث:
پهريون قدم اهو آهي ته انهن ردعملن کي لکو جيڪي ٿين ٿا:
- اينوڊ تي آڪسائيڊشن (Zn):
\[ \ٽيڪسٽ{زن (ايس)} \رائيٽ آرو \ٽيڪسٽ{زن}^{2+} (اي ڪيو) + 2اي^- \]
- ڪيٿوڊ تي گهٽتائي (Ag):
\[ \ٽيڪسٽ{ايگ}^{+} (اي ڪيو) + اي^- \رائيٽ آرو \ٽيڪسٽ{ايگ (ايس)} \]
ڪُل رد عمل:
\[ \text{Zn(s)} + 2\text{Ag}^{+} (aq) \rightarrow \text{Zn}^{2+} (aq) + 2\text{Ag(s)} \]
نرنسٽ مساوات جي بنياد تي:
\[ اي_{\ٽيڪسٽ{سيل}} = اي^o_{\ٽيڪسٽ{سيل}} – \کاٻي( \frac{0.0592}{n} \ساڄو) \لاگ \کاٻي( \frac{[\ٽيڪسٽ{پيداوار}]}{[\ٽيڪسٽ{ري ايڪٽنٽ}]} \ساڄو) \]
ڪٿي:
\[ ن = 2 \]
پهرين، E^o_{\text{Sel}} جو حساب لڳايو:
\[ اي ^ او _{\ٽيڪسٽ{سيل}} = اي ^ او _{\ٽيڪسٽ{ايگ}^{+}/\ٽيڪسٽ{ايگ}} – اي ^ او _{\ٽيڪسٽ{زينڊ}^{2+}/\ٽيڪسٽ{زينڊ}} \]
\[ اي^او_{\ٽيڪسٽ{سيل}} = 0.80 \، \ٽيڪسٽ{وي} – (-0.76 \، \ٽيڪسٽ{وي}) \]
\[ اي^او_{\ٽيڪسٽ{سيل}} = 1.56 \، \ٽيڪسٽ{وي} \]
اڳيون، ڏنل ڪنسنٽريشن تي اصل سيل پوٽينشل جو حساب ڪريو:
\[ اي_{\ٽيڪسٽ{سيل}} = 1.56 \، \ٽيڪسٽ{وي} – \ليفٽ( \فريڪ{0.0592}{2} \ساڄو) \لاگ \ليفٽ( \فريڪ{[\ٽيڪسٽ{زين}^{2+}]}{[\ٽيڪسٽ{ايگ}^{+}]^2} \ساڄو) \]
\[ اي_{\ٽيڪسٽ{سيل}} = 1.56 \، \ٽيڪسٽ{وي} – \ليفٽ( \فريڪ{0.0592}{2} \ساڄو) \لاگ \ليفٽ( \فريڪ{0.01}{(0.1)^2} \ساڄو) \]
\[ اي_{\ٽيڪسٽ{سيل}} = 1.56 \، \ٽيڪسٽ{وي} – 0.0296 \لاگ \ليفٽ( \فريڪ{0.01}{0.01} \ساڄو) \]
\[ اي_{\ٽيڪسٽ{سيل}} = 1.56 \، \ٽيڪسٽ{وي} \]
ڪيسمپلن:
- اينوڊ ۽ ڪيٿوڊ تي ٿيندڙ رد عمل ساڳيا رهن ٿا.
- ڏنل ڪنسنٽريشن سان سيل پوٽينشل 1.56 V آهي.
هي مضمون ڏيکاري ٿو ته اليڪٽرو ڪيمسٽري ۾ ڪيترن ئي قسمن جي مسئلن کي ڪيئن حل ڪجي، جنهن ۾ وولٽيڪ سيلز، اليڪٽرولائيٽڪ سيلز، ۽ نرنسٽ مساوات استعمال ڪندي حساب ڪتاب شامل آهن. ريڊوڪس رد عمل جي پويان اصولن جي مڪمل سمجھ ۽ اليڪٽرو ڪيميڪل ڊيٽا استعمال ڪرڻ جي صلاحيت انهن قسمن جي مسئلن کي حل ڪرڻ ۾ ڪاميابي لاءِ ضروري آهي.
