සම්මත ඉලෙක්ට්රෝඩ විභව දත්ත භාවිතය සාකච්ඡා කරන උදාහරණ ප්රශ්න
සම්මත ඉලෙක්ට්රෝඩ විභවය (E°) රසායන විද්යාවේ දී, විශේෂයෙන් රෙඩොක්ස් සහ විද්යුත් රසායනික ප්රතික්රියා තේරුම් ගැනීමේදී තීරණාත්මක කාර්යභාරයක් ඉටු කරයි. එය රෙඩොක්ස් ප්රතික්රියා වල දිශාව පුරෝකථනය කිරීමට සහ ඔක්සිකාරක සහ අඩු කිරීමේ කාරකවල ශක්තීන් සංසන්දනය කිරීමට ක්රමයක් සපයයි. සැබෑ ලෝක තත්වයන් තුළ එහි යෙදුම නිදර්ශනය කිරීම සඳහා සම්මත ඉලෙක්ට්රෝඩ විභව දත්ත භාවිතා කිරීමේ උදාහරණ කිහිපයක් මෙම ලිපියෙන් ඉදිරිපත් කෙරේ.
සම්මත ඉලෙක්ට්රෝඩ විභවයන් පිළිබඳ හැඳින්වීම
සම්මත ඉලෙක්ට්රෝඩ විභවය මඟින් සම්මත තත්ව යටතේ (1 M, 1 atm, සහ 25°C) මූලද්රව්යයක් හෝ සංයෝගයක් ඉලෙක්ට්රෝන ලබා ගැනීමට හෝ නැති කිරීමට ඇති ප්රවණතාවය මනිනු ලැබේ. සම්මත ඉලෙක්ට්රෝඩ විභවය වෝල්ට් (V) වලින් ප්රකාශ වන අතර එය බොහෝ විට සම්මත හයිඩ්රජන් ඉලෙක්ට්රෝඩ විභවය (SHE) සමඟ සංසන්දනය කරනු ලැබේ, එය 0 V ලෙස ගනු ලැබේ.
උදාහරණ ප්රශ්නය 1: ස්වයංසිද්ධ ප්රතික්රියා නිර්ණය කිරීම
ප්රශ්නය:
පහත ප්රතික්රියාව ස්වයංසිද්ධව සිදුවේදැයි ගණනය කරන්න:
\[ \පෙළ{Zn}^{2+} + \පෙළ{Cu} \දකුණු ඊතලය \පෙළ{Zn} + \පෙළ{Cu}^{2+} \]
අවශ්ය සම්මත ඉලෙක්ට්රෝඩ විභවයන් වන්නේ:
– \(\පෙළ{Zn}^{2+} + 2e^{-} \දකුණු ඊතලය \පෙළ{Zn} \) \( E° = -0.76 \, \පෙළ{V} \)
– \(\text{Cu}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Cu} \) \( E° = +0.34 \, \text{V} \)
සාකච්ඡාව:
1. අර්ධ සෛල ප්රතික්රියා නිර්වචනය කරන්න:
අඩු කිරීමේ අර්ධ සෛල ප්රතික්රියාව:
– ඔක්සිකරණ අර්ධ-ප්රතික්රියාව: \[\text{Zn}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Zn} \, \text{(අඩු කිරීම, E° = -0.76 V)} \]
– අඩු කිරීමේ අර්ධ-ප්රතික්රියාව: \[\text{Cu}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Cu} \, \text{(අඩු කිරීම, E° = +0.34 V)} \]
2. ප්රතික්රියා හඳුනාගැනීම:
අඩු විභවයක් ඇති ප්රතික්රියාව ඔක්සිකරණයක් බවට පත්වන පරිදි ප්රතිලෝම කරන්න:
– \[\පෙළ{Zn} \දකුණු ඊතලය \පෙළ{Zn}^{2+} + 2e^{-} \, \පෙළ{(ඔක්සිකරණය, E° = +0.76 V)} \]
ඉතිරි ප්රතික්රියා:
– \[\text{Cu}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Cu} \, \text{(අඩු කිරීම, E° = +0.34 V)} \]
3. මුළු E° (සෛල විභවය) ගණනය කරන්න:
– \[ E°_{\පෙළ{සෛලය}} = E°_{\පෙළ{අඩු කිරීම}} + E°_{\පෙළ{ඔක්සිකරණය}} = +0.34 \, \පෙළ{V} + (+0.76 \, \පෙළ{V}) = +1.10 \, \පෙළ{V} \]
සෛල විභවය (E°_{\text{cell}}) ධන බැවින්, මෙම ප්රතික්රියාව ස්වයංසිද්ධ වේ.
උදාහරණ ප්රශ්නය 2: සමතුලිතතා විභවය තීරණය කිරීම
ප්රශ්නය:
සම්මත උෂ්ණත්වයේ දී පහත ප්රතික්රියාව සඳහා සෛල විභවය ගණනය කරන්න:
\[ \පෙළ{Fe}^{2+} + \පෙළ{Ag} \දකුණු ඊතලය \පෙළ{Fe} + \පෙළ{Ag}^{+} \]
සම්මත ඉලෙක්ට්රෝඩ විභවය:
– \(\පෙළ{Fe}^{2+} + 2e^{-} \දකුණු ඊතලය \පෙළ{Fe} \) \( E° = -0.44 \, \පෙළ{V} \)
– \(\පෙළ{Ag}^{+} + e^{-} \දකුණු ඊතලය \පෙළ{Ag} \) \( E° = +0.80 \, \පෙළ{V} \)
සාකච්ඡාව:
1. අර්ධ සෛල ප්රතික්රියා නිර්වචනය කරන්න:
අඩු කිරීමේ අර්ධ සෛල ප්රතික්රියාව:
– \[\පෙළ{Fe}^{2+} + 2e^{-} \දකුණු ඊතලය \පෙළ{Fe} \, \පෙළ{(අඩු කිරීම, E° = -0.44 V)} \]
– \[\text{Ag}^{+} + e^{-} \දකුණු ඊතලය \text{Ag} \, \text{(අඩු කිරීම, E° = +0.80 V)} \]
2. අර්ධ ප්රතික්රියා හඳුනා ගන්න:
කුඩා සෘණ අගයක් (වඩා ධනාත්මක) ඇති ප්රතික්රියාව ප්රතිලෝම කරන්න:
– \[\text{Fe} \දකුණු ඊතලය \text{Fe}^{2+} + 2e^{-} \, \text{(ඔක්සිකරණය, E° = +0.44 V)} \]
ඉතිරි ප්රතික්රියා:
– \[\text{Ag}^{+} + e^{-} \දකුණු ඊතලය \text{Ag} \, \text{(අඩු කිරීම, E° = +0.80 V)} \]
3. මුළු E° (සෛල විභවය) ගණනය කරන්න:
– \[ E°_{\පෙළ{සෛලය}} = E°_{\පෙළ{අඩු කිරීම}} + E°_{\පෙළ{ඔක්සිකරණය}} = +0.80 \, \පෙළ{V} + (+0.44 \, \පෙළ{V}) = +1.24 \, \පෙළ{V} \]
ධනාත්මක සෛල විභවයක් පෙන්නුම් කරන්නේ මෙම ප්රතික්රියාව සම්මත තත්වයන් යටතේ ස්වයංසිද්ධව සිදුවන බවයි.
උදාහරණය 3: ගිබ්ස් නිදහස් ශක්තිය ගණනය කිරීම
ප්රශ්නය:
පහත ප්රතික්රියාව සඳහා ගිබ්ස් නිදහස් ශක්තියේ (ΔG) වෙනස තීරණය කරන්න:
\[ \පෙළ{Al} + \පෙළ{Cu}^{2+} \දකුණු ඊතලය \පෙළ{Al}^{3+} + \පෙළ{Cu} \]
සම්මත ඉලෙක්ට්රෝඩ විභවය අනුව:
– \(\පෙළ{Al}^{3+} + 3e^{-} \දකුණු ඊතලය \පෙළ{Al} \) \( E° = -1.66 \, \පෙළ{V} \)
– \(\text{Cu}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Cu} \) \( E° = +0.34 \, \text{V} \)
සාකච්ඡාව:
1. අර්ධ සෛල ප්රතික්රියා නිර්වචනය කරන්න:
අඩු කිරීමේ අර්ධ සෛල ප්රතික්රියාව:
– \[\text{Al}^{3+} + 3e^{-} \දකුණු ඊතලය \text{Al} \, \text{(අඩු කිරීම, E° = -1.66 V)} \]
– \[\text{Cu}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Cu} \, \text{(අඩු කිරීම, E° = +0.34 V)} \]
2. ප්රතික්රියා හඳුනාගැනීම:
අඩු විභවයක් ඇති ප්රතික්රියාව ඔක්සිකරණයක් බවට පත්වන පරිදි ප්රතිලෝම කරන්න:
– \[\text{Al} \දකුණු ඊතලය \text{Al}^{3+} + 3e^{-} \, \text{(ඔක්සිකරණය, E° = +1.66 V)} \]
ඉතිරි ප්රතික්රියා:
– \[\text{Cu}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Cu} \, \text{(අඩු කිරීම, E° = +0.34 V)} \]
3. ඉලෙක්ට්රෝන තුලනය:
ප්රතික්රියාව සඳහා ඉලෙක්ට්රෝන ගණන සමාන කරන්න:
– 2 \(\පෙළ{Al} \දකුණු ඊතලය 2\පෙළ{Al}^{3+} + 6e^{-} \) \[\පෙළ{(ඔක්සිකරණය, E° = +1.66 V)} \]
– 3 \(\text{Cu}^{2+} + 6e^{-} \rightarrow 3\text{Cu} \) \[\text{(අඩු කිරීම, E° = +0.34 V)} \]
4. මුළු E° (සෛල විභවය) ගණනය කරන්න:
– \[ E°_{\පෙළ{කොටුව}} = (+0.34 \, \පෙළ{V} \වර 3) + (+1.66 \, \පෙළ{V} \වර 2) \]
මෙහි දෝෂය: සාමාන්යය:
– \[ E°_{\පෙළ{කොටුව}} = +0.34 \, \පෙළ{V} + +1.66 \, \පෙළ{V} = +2.00 \, \පෙළ{V}}]
5. ΔG ගණනය කරන්න:
සූත්රය: \(\ඩෙල්ටා G = -nFE_{\පෙළ{සෛලය}}\)
– \[n = 6 \, \පෙළ{ඉලෙක්ට්රෝන} \]
– \[F = 96485 \, \පෙළ{C/mol} \]
– \[ \ඩෙල්ටා G = -6 \times 96485 \, \text{C/mol} \times +2.00 \, \text{V}\]
– \[ = -1157820 \, \text{J/mol} \]
– \[ = -1157.82 \, \text{kJ/mol}\]
මේ අනුව, සෘණ ΔG එකක් පෙන්නුම් කරන්නේ මෙම ප්රතික්රියාව ස්වයංසිද්ධ බවයි.
නිගමනය
රෙඩොක්ස් ප්රතික්රියාවක් ඉදිරියට යන්නේ කුමන දිශාවටද, එය ඉදිරියට යාමට ඇති ඉඩකඩ කොපමණද සහ ගිබ්ස් නිදහස් ශක්තියේ වෙනසට එහි සම්බන්ධතාවය පුරෝකථනය කිරීමට සම්මත ඉලෙක්ට්රෝඩ විභව දත්ත ප්රායෝගික ක්රමයක් සපයයි. ඉහත උදාහරණ ගැටලුව මගින් රෙඩොක්ස් ප්රතික්රියාවක ස්වයංසිද්ධතාවය සහ ඒ ආශ්රිත ශක්ති ගණනය කිරීම් තීරණය කිරීමට මෙම දත්ත භාවිතා කළ හැකි ආකාරය නිරූපණය කෙරේ. රසායන විද්යාව හදාරන සිසුන්ට හෝ ඕනෑම කෙනෙකුට, සම්මත ඉලෙක්ට්රෝඩ විභව දත්ත සහ එහි යෙදුම් අවබෝධ කර ගැනීම වඩාත් සංකීර්ණ විද්යුත් රසායනික ප්රතික්රියා තේරුම් ගැනීම සඳහා අත්යවශ්ය පදනමකි.
