විද්‍යුත් රසායනික යෙදුම් පිළිබඳ නියැදි ප්‍රශ්න සහ සාකච්ඡාව
විද්‍යුත් රසායන විද්‍යාව යනු රසායනික ප්‍රතික්‍රියා සහ විදුලිය අතර සම්බන්ධතාවය අධ්‍යයනය කරන රසායන විද්‍යාවේ ශාඛාවකි. එදිනෙදා ජීවිතයේදී, බැටරි, සංවේදක, විඛාදනය සහ විද්‍යුත් ආලේපන ක්‍රියාවලීන් වැනි විවිධ ක්ෂේත්‍රවල විද්‍යුත් රසායන විද්‍යාව සොයාගත හැකිය. මෙය තවදුරටත් අවබෝධ කර ගැනීම සඳහා, විද්‍යුත් රසායන විද්‍යා යෙදුම්වලට අදාළ උදාහරණ ගැටළු සහ සාකච්ඡා කිහිපයක් අපි ඉදිරිපත් කරමු.
උදාහරණ ප්‍රශ්නය 1: ගැල්වනික් බැටරි (වෝල්ටීය කෝෂය)
ප්‍රශ්නය:
ගැල්වනික් සෛලයක් සාදනු ලබන්නේ Zn (සින්ක්) සහ Cu (තඹ) ඉලෙක්ට්‍රෝඩ පිළිවෙලින් ZnSO₄ සහ CuSO₄ ද්‍රාවණවල ගිල්වා ය. Zn²⁺/Zn සඳහා සම්මත ඉලෙක්ට්‍රෝඩ විභවය -0,76 V වන අතර Cu²⁺/Cu සඳහා +0,34 V වේ. ගැල්වනික් සෛලයේ සෛල වෝල්ටීයතාවය (E° සෛලය) ගණනය කරන්න.
සාකච්ඡාව:
1. අර්ධ සෛල ප්‍රතික්‍රියාව තීරණය කරන්න:
– සින්ක් (Zn) සඳහා අර්ධ සෛල ප්‍රතික්‍රියාව:
\[
Zn \දකුණු ඊතලය Zn^{2+} + 2e^-
\]
– තඹ (Cu) සඳහා අර්ධ සෛල ප්‍රතික්‍රියාව:
\[
Cu^{2+} + 2e^- \දකුණු ඊතලය Cu
\]
2. ඇනෝඩය සහ කැතෝඩය හඳුනා ගැනීම:
– ඇනෝඩය (ඔක්සිකරණය): Zn → Zn²⁺ + 2e⁻ (වඩා සෘණ, -0.76 V)
- කැතෝඩය (අඩු කිරීම): Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu (වඩා ධනාත්මක, +0.34 V)
3. සෛල වෝල්ටීයතාවය (E° සෛලය) ගණනය කිරීම:
– සම්මත සෛල වෝල්ටීයතා සූත්‍රය:
\[
E°_{\පෙළ{සෛලය}} = E°_{\පෙළ{කැතෝඩය}} – E°_{\පෙළ{ඇනෝඩය}}
\]
සමඟ:
\[
E°_{\පෙළ{කැතෝඩය}} = +0,34 \පෙළ{ V}
\]
\[
E°_{\පෙළ{ඇනෝඩය}} = -0,76 \පෙළ{ V}
\]
– ඉතින්, සෛල වෝල්ටීයතාවය:
\[
E°_{\පෙළ{sel}} = 0.34 \පෙළ{ V} – (-0.76 \පෙළ{ V}) = 1.10 \පෙළ{ V}
\]
උදාහරණ ප්‍රශ්නය 2: NaCl ද්‍රාවණයේ විද්‍යුත් විච්ඡේදනය
ප්‍රශ්නය:
නිෂ්ක්‍රීය ඉලෙක්ට්‍රෝඩ භාවිතයෙන් NaCl (aq) ද්‍රාවණයක විද්‍යුත් විච්ඡේදනයේදී, ඇනෝඩයේ සහ කැතෝඩයේ නිපදවන වායූන් තීරණය කරන්න. තවද, එක් එක් ඉලෙක්ට්‍රෝඩයේ සිදුවන ප්‍රතික්‍රියා ලියා තබන්න.
සාකච්ඡාව:
1. ඉලෙක්ට්‍රෝඩයේ ප්‍රතික්‍රියාව:
– කැතෝඩය (අඩු කිරීම):
සම්බන්ධ විය හැකි අයන වන්නේ Na⁺ සහ H₂O ය.
සාමාන්‍යයෙන් සිදුවන අඩු කිරීමේ ප්‍රතික්‍රියා වන්නේ:
\[
2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 (g) + 2OH^-
\]
ඉතින්, කැතෝඩයේ නිපදවන වායුව \( H_2 \) වේ.
– ඇනෝඩය (ඔක්සිකරණය):
සම්බන්ධ විය හැකි අයන වන්නේ Cl⁻ සහ H₂O ය.
සාමාන්‍යයෙන් සිදුවන ඔක්සිකරණ ප්‍රතික්‍රියා:
\[
2Cl^- \දකුණු ඊතලය Cl_2 (g) + 2e^-
\]
ඉතින්, ඇනෝඩයේ නිපදවන වායුව \( Cl_2 \) වේ.
2. සමස්ත ප්‍රතිචාරය:
- කැතෝඩයේ ප්‍රතික්‍රියාව:
\[
2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 (g) + 2OH^-
\]
– ඇනෝඩයේ ප්‍රතික්‍රියාව:
\[
2Cl^- \දකුණු ඊතලය Cl_2 (g) + 2e^-
\]
– සම්පූර්ණ ප්‍රතික්‍රියාව:
\[
2H_2O + 2Cl^- \rightarrow H_2 (g) + Cl_2 (g) + 2OH^-
\]
උදාහරණ ප්‍රශ්නය 3: විද්‍යුත් ආලේපන ක්‍රියාවලිය
ප්‍රශ්නය:
AgNO₃ ද්‍රාවණයක පැය 2ක් 0,5 A විද්‍යුත් ධාරාවක් යෙදීමෙන් කැතෝඩය මත තැන්පත් වී ඇති රිදී ස්කන්ධය (Ag) ගණනය කරන්න. රිදීවල මවුලික ස්කන්ධය 107,87 g/mol වන අතර 1 ෆැරඩේ 96.485 C/mol e⁻ ට සමාන වේ.
සාකච්ඡාව:
1. මුළු විද්‍යුත් ආරෝපණය (Q) තීරණය කරන්න:
– ධාරාව (I) = 0.5 A
– කාලය (t) = පැය 2 = තත්පර 2 × 3600 = තත්පර 7200
– මුළු විද්‍යුත් ආරෝපණය (Q) සූත්‍රය භාවිතයෙන් ගණනය කෙරේ:
\[
Q = I \times t
\]
- ඒ නිසා:
\[
Q = 0.5 \text{ A} \times 7200 \text{ s} = 3600 \text{ C}
\]
2. ඉලෙක්ට්‍රෝන මවුල ගණන ගණනය කිරීම (n):
– ඉලෙක්ට්‍රෝන 1 මවුලය = 96.485 C
– ලබා දෙන ඉලෙක්ට්‍රෝන මවුල ගණන:
\[
n = \frac{3600 \පෙළ{ C}}{96.485 \පෙළ{ C/mol}} \ආසන්න වශයෙන් 0.0373 \පෙළ{ mol}
\]
3. තැන්පත් කරන ලද රිදී ස්කන්ධය තීරණය කිරීම:
– කැතෝඩයේ අඩු කිරීමේ ප්‍රතික්‍රියාව:
\[
Ag^+ + e^- \දකුණු ඊතලය Ag \පෙළ{ (ය)}
\]
– ඉලෙක්ට්‍රෝන 1 මවුලයක් Ag මවුලයක් නිපදවයි
– තැන්පත් කර ඇති Ag මවුල ගණන:
\[
0.0373 \පෙළ{ අඟල් }
\]
– Ag (107,87 g/mol) හි මවුලික ස්කන්ධය භාවිතා කරමින්:
\[
\text{Ag ස්කන්ධය} = 0.0373 \text{ mol} \times 107.87 \text{ g/mol} \ආසන්න වශයෙන් 4.02 \text{ g}
\]
මේ අනුව, කැතෝඩය මත තැන්පත් වූ රිදී ස්කන්ධය ග්‍රෑම් 4.02 ක් පමණ වේ.
උදාහරණ ප්‍රශ්නය 4: විඛාදනය
ප්‍රශ්නය:
තෙතමනය සහිත පරිසරයක යකඩ විඛාදන ක්‍රියාවලිය විස්තර කර සිදුවන රසායනික ප්‍රතික්‍රියා ලියන්න.
සාකච්ඡාව:
1. විඛාදන අවධීන්:
– ඇනෝඩයේ ප්‍රතික්‍රියාව:
යකඩ ෆෙරික් අයන වලට ඔක්සිකරණය වේ:
\[
Fe \දකුණු ඊතලය Fe^{2+} + 2e^-
\]
– කැතෝඩයේ ප්‍රතික්‍රියාව:
වාතයේ ඇති ඔක්සිජන් ඇනෝඩයෙන් ජලය සහ ඉලෙක්ට්‍රෝන සමඟ ප්‍රතික්‍රියා කරයි:
\[
O_2 + 4H^+ + 4e^- \දකුණු ඊතලය 2H_2O
\]
උදාසීන-ආම්ලික නොවන පරිසරයක, වඩාත් සම්භාවිතාව සහිත ප්‍රතික්‍රියාව වන්නේ:
\[
O_2 + 2H_2O + 4e^- \දකුණු ඊතලය 4OH^-
\]
2. යකඩ හයිඩ්‍රොක්සයිඩ් සෑදීම:
– Fe²⁺ අයන OH⁻ අයන සමඟ ඒකාබද්ධ වී Fe(OH)₂ සාදයි:
\[
Fe^{2+} + 2OH^- \දකුණු ඊතලය Fe(OH)_2
\]
3. මලකඩ සෑදීම:
– Fe(OH)₂ තවදුරටත් ඔක්සිකරණය වීමෙන් Fe(OH)₃ නිපදවන අතර එය වියළී ගොස් මලකඩ (Fe₂O₃.nH₂O) සාදයි:
\[
4Fe(OH)_2 + O_2 + 2H_2O \දකුණු ඊතලය 4Fe(OH)_3
\]
– Fe(OH)₃ ජලය අහිමි වීමෙන් Fe₂O₃ බවට පරිවර්තනය විය හැක:
\[
2Fe(OH)_3 \rightarrow Fe_2O_3 + 3H_2O
\]
මෙම ක්‍රියාවලිය විද්‍යුත් රසායනික ප්‍රතික්‍රියා මාලාවක් හරහා යකඩ විඛාදනයට ලක්වන ආකාරය පෙන්නුම් කරයි. ගොඩනැගිලි සහ යටිතල පහසුකම්වල ලෝහ ද්‍රව්‍යවල කල්පැවැත්ම පවත්වා ගැනීම සඳහා විඛාදනය පිළිබඳ දැනුම අත්‍යවශ්‍ය වේ.
ඉහත උදාහරණ ප්‍රශ්න සහ සාකච්ඡා තේරුම් ගැනීමෙන්, එදිනෙදා ජීවිතයේදී විද්‍යුත් රසායනික මූලධර්ම ප්‍රායෝගිකව භාවිතා කිරීම පිළිබඳ පැහැදිලි චිත්‍රයක් පාඨකයින්ට ලබා ගත හැකි යැයි අපේක්ෂා කෙරේ.
