සම්මත ඉලෙක්ට්රෝඩ විභවය පිළිබඳ උදාහරණ ප්රශ්න සහ සාකච්ඡාව
පෙන්ඩහුලුවන්
සම්මත ඉලෙක්ට්රෝඩ විභවය යනු ඉලෙක්ට්රෝන ආකර්ෂණය කර ගැනීමට ඉලෙක්ට්රෝඩයකට ඇති හැකියාව විස්තර කරන විද්යුත් රසායන විද්යාවේ වැදගත් සංකල්පයකි. මෙම සංකල්පය විද්යුත් රසායනික සෛල ගණනය කිරීම් වලදී සහ රෙඩොක්ස් ප්රතික්රියා සඳහා ප්රවණතාව තීරණය කිරීමේදී භාවිතා වේ. සම්මත ඉලෙක්ට්රෝඩ විභවය (E°) සම්මත තත්වයන් යටතේ මනිනු ලැබේ, එනම් 1 M සාන්ද්රණයකදී, 1 atm පීඩනයකදී සහ 25°C (298 K) උෂ්ණත්වයකදී. මෙම ලිපියෙන්, අපි සම්මත ඉලෙක්ට්රෝඩ විභව ගැටළු සඳහා උදාහරණ කිහිපයක් සාකච්ඡා කර ඒවා ගැඹුරින් සාකච්ඡා කරමු.
සම්මත ඉලෙක්ට්රෝඩ විභවය පිළිබඳ මූලික සංකල්පය
සම්මත ඉලෙක්ට්රෝඩ විභවය, E° ලෙස දක්වනු ලබන අතර, රසායනික විශේෂයක අඩු වීමේ ප්රවණතාවය විස්තර කරයි (ඉලෙක්ට්රෝන පිළිගන්න). E° අගය වැඩි වන තරමට, විශේෂයේ අඩු වීමේ ප්රවණතාවය වැඩි වේ. අනෙක් අතට, සෘණ E° අගය වැඩි වන තරමට, විශේෂයේ ඔක්සිකරණය වීමේ ප්රවණතාවය වැඩි වේ (ඉලෙක්ට්රෝන නැති වේ).
සම්මත ඉලෙක්ට්රෝඩ විභව වගුව විවිධ රෙඩොක්ස් ප්රතික්රියා සඳහා E° අගයන් සපයන අතර, මෙම අගයන් විද්යුත් රසායනික සෛල විභවයන් ගණනය කිරීමට යොදා ගනී.
උදාහරණ ප්රශ්නය 1
ප්රශ්නය:
පහත අර්ධ ප්රතික්රියා දෙක සහ ඒවායේ ඉලෙක්ට්රෝඩ විභවයන් සැලකිල්ලට ගෙන:
– Ag⁺(aq) + e⁻ → Ag(s), E° = +0.80 V
– Cu²⁺(aq) + 2e⁻ → Cu(s), E° = +0.34 V
මෙම අර්ධ ප්රතික්රියා දෙකෙන් සෑදෙන ගැල්වනික් සෛලය සඳහා සෛල විභවය (E°_cell) තීරණය කරන්න.
සාකච්ඡාව:
සෛල විභවය තීරණය කිරීම සඳහා, අපි ඇනෝඩය සහ කැතෝඩය හඳුනා ගත යුතුය. ගැල්වනික් සෛලයක, වඩාත් ධනාත්මක සම්මත ඉලෙක්ට්රෝඩ විභවයක් ඇති එක කැතෝඩය (අඩු කිරීමේ ස්ථානය) ලෙසත්, වඩාත් සෘණ එකක් ඇති එක ඇනෝඩය (ඔක්සිකරණ ස්ථානය) ලෙසත් ක්රියා කරයි.
1. ඇනෝඩය සහ කැතෝඩය හඳුනා ගන්න:
– Ag⁺ + e⁻ → Ag, E° = +0.80 V (වඩා ධනාත්මක, එබැවින් කැතෝඩය)
– Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu, E° = +0.34 V (වඩා සෘණ, එසේ ඇනෝඩය)
2. ඔක්සිකරණ සහ අඩු කිරීමේ ප්රතික්රියා තීරණය කරන්න:
– කැතෝඩය (අඩු කිරීම): Ag⁺ + e⁻ → Ag, E°_කැතෝඩය = +0.80 V
– ඇනෝඩය (ඔක්සිකරණය): Cu → Cu²⁺ + 2e⁻, E°_ඇනෝඩය = -0.34 V (ප්රතික්රියා දිශාව සහ විභව ලකුණ ආපසු හරවන්න)
3. E°_cell ගණනය කිරීම:
\[
E°_{සෛලය} = E°_{කැතෝඩය} – E°_{ඇනෝඩය}
\]
\[
E°_{sel} = 0.80\, \පෙළ{V} – (-0.34\, \පෙළ{V})
\]
\[
E°_{sel} = 0.80\, \text{V} + 0.34\, \text{V} = 1.14\, \text{V}
\]
ඉතින්, සෛල විභවය (E°_cell) +1.14 V වේ.
උදාහරණ ප්රශ්නය 2
ප්රශ්නය:
එහි ඉලෙක්ට්රෝඩ විභවය සමඟ පහත ප්රතික්රියාව ලබා දී ඇත:
– Fe³⁺(aq) + e⁻ → Fe²⁺(aq), E° = +0.77 V
– Zn²⁺(aq) + 2e⁻ → Zn(s), E° = -0.76 V
අර්ධ ප්රතික්රියා දෙකම භාවිතා කරමින් ගැල්වනික් සෛලයක සෛල විභවය (E°_cell) තීරණය කර, සම්පූර්ණ සෛල ප්රතික්රියාව ලියන්න.
සාකච්ඡාව:
පෙර මෙන්, අපි පළමුව ඇනෝඩය සහ කැතෝඩය හඳුනාගත යුතුය.
1. ඇනෝඩය සහ කැතෝඩය හඳුනා ගන්න:
– Fe³⁺ + e⁻ → Fe²⁺, E° = +0.77 V (වඩා ධනාත්මක, එබැවින් කැතෝඩය)
– Zn²⁺ + 2e⁻ → Zn, E° = -0.76 V (වඩා සෘණ, එබැවින් ඇනෝඩය)
2. ඔක්සිකරණ සහ අඩු කිරීමේ ප්රතික්රියා තීරණය කරන්න:
– කැතෝඩය (අඩු කිරීම): Fe³⁺ + e⁻ → Fe²⁺, E°_කැතෝඩය = +0.77 V
– ඇනෝඩය (ඔක්සිකරණය): Zn → Zn²⁺ + 2e⁻, E°_ඇනෝඩය = -0.76 V (ප්රතික්රියා දිශාව සහ විභව ලකුණ ආපසු හරවන්න)
3. ඉලෙක්ට්රෝන තුලනය කිරීම:
මුළු ප්රතික්රියාව ඉලෙක්ට්රෝන ගණන තුලනය කළ යුතුය:
\[
2(\පෙළ{Fe}^{3+} + e⁻ → \පෙළ{Fe}^{2+})
\]
\[
\පෙළ{Zn} → \පෙළ{Zn}^{2+} + 2e⁻
\]
එබැවින් සම්පූර්ණ සෛල ප්රතික්රියාව වනුයේ:
\[
2\පෙළ{Fe}^{3+} + \පෙළ{Zn} → 2\පෙළ{Fe}^{2+} + \පෙළ{Zn}^{2+}
\]
4. E°_cell ගණනය කිරීම:
\[
E°_{සෛලය} = E°_{කැතෝඩය} – E°_{ඇනෝඩය}
\]
\[
E°_{sel} = 0.77\, \පෙළ{V} – (-0.76\, \පෙළ{V})
\]
\[
E°_{sel} = 0.77\, \text{V} + 0.76\, \text{V} = 1.53\, \text{V}
\]
ඉතින්, සෛල විභවය (E°_cell) +1.53 V වේ.
උදාහරණ ප්රශ්නය 3
ප්රශ්නය:
පහත ප්රතික්රියාව භාවිතා කර ගැල්වනික් සෛලයකට සෛල විභවය සහ සම්පූර්ණ සෛල ප්රතික්රියාව ලබා දෙන්න:
– MnO₂(s) + 4H⁺(aq) + 2e⁻ → Mn²⁺(aq) + 2H₂O(l), E° = +1.23 V
– Cr³⁺(aq) + e⁻ → Cr²⁺(aq), E° = -0.50 V
සාකච්ඡාව:
1. ඇනෝඩය සහ කැතෝඩය හඳුනා ගන්න:
– MnO₂ + 4H⁺ + 2e⁻ → Mn²⁺ + 2H₂O, E° = +1.23 V (ධනාත්මකව වැඩි, එබැවින් කැතෝඩය)
– Cr³⁺ + e⁻ → Cr²⁺, E° = -0.50 V (වඩා සෘණ, එබැවින් ඇනෝඩය)
2. ඔක්සිකරණ සහ අඩු කිරීමේ ප්රතික්රියා තීරණය කරන්න:
- කැතෝඩය (අඩු කිරීම): MnO₂ + 4H⁺ + 2e⁻ → Mn²⁺ + 2H₂O, E°_cathode = +1.23 V
– ඇනෝඩය (ඔක්සිකරණය): Cr²⁺ → Cr³⁺ + e⁻, E°_ඇනෝඩය = +0.50 V (ප්රතික්රියා දිශාව සහ විභව ලකුණ ආපසු හරවන්න)
3. ඉලෙක්ට්රෝන තුලනය කිරීම:
මුළු ප්රතික්රියාව ඉලෙක්ට්රෝන ගණන තුලනය කළ යුතුය:
\[
2(\පෙළ{Cr}^{3+} + e⁻ → \පෙළ{Cr}^{2+})
\]
\[
\text{MnO}_2 + 4\text{H}^+ + 2e⁻ → \text{Mn}^{2+} + 2\text{H}_2\text{O}
\]
එබැවින් සම්පූර්ණ සෛල ප්රතික්රියාව වනුයේ:
\[
\text{MnO}_2 + 4\text{H}^+ + 2\text{Cr}^{3+} → \text{Mn}^{2+} + 2\text{Cr}^{2+} + 2\text{H}_2\text{O}
\]
4. E°_cell ගණනය කිරීම:
\[
E°_{සෛලය} = E°_{කැතෝඩය} – E°_{ඇනෝඩය}
\]
\[
E°_{sel} = 1.23\, \පෙළ{V} – (-0.50\, \පෙළ{V})
\]
\[
E°_{sel} = 1.23\, \text{V} + 0.50\, \text{V} = 1.73\, \text{V}
\]
ඉතින්, සෛල විභවය (E°_cell) +1.73 V වේ.
නිගමනය
රෙඩොක්ස් ප්රතික්රියා ප්රවණතා සහ විද්යුත් රසායනික සෛල විභවයන් තීරණය කිරීම සඳහා සම්මත ඉලෙක්ට්රෝඩ විභවයන් අවබෝධ කර ගැනීම විද්යුත් රසායන විද්යාවේදී ඉතා වැදගත් වේ. ඉහත සාකච්ඡා කළ පියවර භාවිතා කරමින්, දී ඇති රෙඩොක්ස් ප්රතික්රියාවක සෛල විභවය අපට පහසුවෙන් ගණනය කළ හැකිය. ගැල්වනික් සෛලයක ඇනෝඩය සහ කැතෝඩය තීරණය කිරීමට මෙන්ම රෙඩොක්ස් ප්රතික්රියාවේ කාර්යක්ෂමතාව සහ දිශාව පෙන්නුම් කරන මුළු සෛල විභවය ගණනය කිරීමට සම්මත ඉලෙක්ට්රෝඩ විභවයන් භාවිතා කරයි.
