උදාහරණ ප්රශ්න විද්යුත් රසායනික සෛල පිළිබඳ සාකච්ඡාව: උදාහරණ ප්රශ්න හරහා විද්යුත් රසායන විද්යාවේ මූලික කරුණු අවබෝධ කර ගැනීම
විද්යුත් රසායන විද්යාව යනු රසායනික ප්රතික්රියා සහ විද්යුත් ධාරාව අතර සම්බන්ධතාවය අධ්යයනය කරන රසායන විද්යාවේ ශාඛාවකි. විද්යුත් රසායන විද්යාවේදී, අපි බොහෝ විට ප්රධාන සෛල වර්ග දෙකක් සාකච්ඡා කරමු: ගැල්වනික් (හෝ වෝල්ටීය) සෛල සහ විද්යුත් විච්ඡේදක සෛල. සෛල වර්ග දෙකම විදුලිය ජනනය කිරීමට හෝ භාවිතා කිරීමට රෙඩොක්ස් ප්රතික්රියා භාවිතා කරයි.
මෙම ලිපියෙන්, මෙම සංකල්පය පිළිබඳ අපගේ අවබෝධය ගැඹුරු කිරීමට උපකාරී වන විද්යුත් රසායනික සෛල පිළිබඳ උදාහරණ කිහිපයක් අපි සාකච්ඡා කරමු.
1. ප්රශ්නය: ගැල්වනික් සෛලය
උදාහරණයක් ලෙස, ZnSO₄ ද්රාවණයක ගිල්වන ලද සින්ක් (Zn) ඉලෙක්ට්රෝඩයක් සහ CuSO₄ ද්රාවණයක ගිල්වන ලද තඹ (Cu) ඉලෙක්ට්රෝඩයකින් සමන්විත ගැල්වනික් සෛලයක් ගනිමු. එක් එක් ඉලෙක්ට්රෝඩයේ සිදුවන ප්රතික්රියා මෙන්ම මෙම ගැල්වනික් සෛලයේ සමස්ත ප්රතික්රියාවද ලියන්න.
සාකච්ඡාව:
1. සින්ක් ඉලෙක්ට්රෝඩයේ ප්රතික්රියාව (ඇනෝඩය, ඔක්සිකරණය):
ප්රතික්රියාව: \( Zn(s) \දකුණු ඊතලය Zn^{2+}(aq) + 2e^- \)
මෙහිදී සින්ක් සින්ක් අයන (Zn²⁺) බවට ඔක්සිකරණය වී ඉලෙක්ට්රෝන දෙකක් නිකුත් කරයි.
2. තඹ ඉලෙක්ට්රෝඩයේ ප්රතික්රියාව (කැතෝඩය, අඩු කිරීම):
ප්රතික්රියාව: \( Cu^{2+}(aq) + 2e^- \rightarrow Cu(s) \)
මෙහිදී, තඹ අයන (Cu²⁺) ඉලෙක්ට්රෝන දෙකක් පිළිගෙන ඝන තඹ (Cu) බවට අඩු වේ.
3. ගැල්වනික් සෛලයේ සමස්ත ප්රතික්රියාව:
මෙම අර්ධ ප්රතික්රියා දෙක ඒකාබද්ධ කර සමස්ත ප්රතික්රියාව ලබා ගන්න:
\( Zn(s) + Cu^{2+}(aq) \දකුණු ඊතලය Zn^{2+}(aq) + Cu(s) \)
සාමාන්යයෙන්, ගැල්වනික් සෛල තුළ, රෙඩොක්ස් ප්රතික්රියා වල ස්වයංසිද්ධතාවය විද්යුත් ධාරාව නිපදවීමට භාවිතා කරන බව නිගමනය කළ හැකිය.
2. ප්රශ්නය: සෛල විභවය
Zn²⁺/Zn = -0,76 V සහ Cu²⁺/Cu = +0,34 V සඳහා සම්මත අඩු කිරීමේ විභවය ලබා දී ඇත. කලින් සාකච්ඡා කළ ගැල්වනික් සෛලයේ සෛල විභවය ගණනය කරන්න.
සාකච්ඡාව:
සෛල විභවය (E°_cell) සමීකරණය භාවිතයෙන් ගණනය කළ හැක:
\[
E°_{සෛලය} = E°_{කැතෝඩය} – E°_{ඇනෝඩය}
\]
කොහෙද:
– කැතෝඩය යනු අඩු කිරීම සිදුවන ඉලෙක්ට්රෝඩයයි (E° = +0.34 V සමඟ Cu²⁺/Cu)
– ඇනෝඩය යනු ඔක්සිකරණය සිදුවන ඉලෙක්ට්රෝඩයයි (E° = -0.76 V සමඟ Zn²⁺/Zn)
\[
E°_{sel} = 0.34\, V – (-0.76\, V) = 0.34\, V + 0.76\, V = 1.10\, V
\]
මේ අනුව, ගැල්වනික් සෛලයේ සෛල විභවය 1,10 V වේ.
3. ප්රශ්නය: විද්යුත් විච්ඡේදක සෛලය
විද්යුත් විච්ඡේදක සෛලයක, නිෂ්ක්රීය ඉලෙක්ට්රෝඩ සහිත විද්යුත් විච්ඡේදක සෛලය තුළ සෝඩියම් ක්ලෝරයිඩ් (NaCl) ද්රාවණයක් සකස් කර ඇත. එක් එක් ඉලෙක්ට්රෝඩයේ සිදුවන ප්රතික්රියා ලියන්න.
සාකච්ඡාව:
විද්යුත් විච්ඡේදක සෛලයක, ස්වයංසිද්ධ නොවන ප්රතික්රියාවක් ක්රියාත්මක කිරීම සඳහා විදුලිය භාවිතා වේ. NaCl ද්රාවණයක් සහිත විද්යුත් විච්ඡේදක සෛලයක, අපට ඇත්තේ:
1. කැතෝඩයේ ප්රතික්රියාව (අඩු කිරීම):
\[
2H_2O(l) + 2e^- \rightarrow H_2(g) + 2OH^-(aq)
\]
බොහෝ තනුක NaCl ද්රාවණවල, ජලයේ ඔක්සිහරණ විභවය සෝඩියම් (-2.71 V) ට වඩා ධනාත්මක (-0.83 V) බැවින්, සෝඩියම් වලට පෙර ජලය ඔක්සිහරණය වේ.
2. ඇනෝඩයේ ප්රතික්රියාව (ඔක්සිකරණය):
\[
2Cl^-(aq) \rightarrow Cl_2(g) + 2e^-
\]
ඇනෝඩයේදී ක්ලෝරයිඩ් අයන ක්ලෝරීන් වායුව බවට ඔක්සිකරණය වේ.
3. සමස්ත ප්රතික්රියාව:
සමස්ත ප්රතික්රියාව සඳහා කැතෝඩයේ සහ ඇනෝඩයේ ප්රතික්රියා ඒකාබද්ධ කරන්න:
\[
2H_2O(l) + 2Cl^-(aq) \rightarrow H_2(g) + Cl_2(g) + 2OH^-(aq)
\]
මෙම ලවණ ජල විද්යුත් විච්ඡේදනයේදී, ද්රාවණයේ ඇති අයනවල අන්තර්ක්රියා හේතුවෙන් භෂ්ම ද්රාවණය (NaOH) සමඟ හයිඩ්රජන් වායුව සහ ක්ලෝරීන් වායුව නිපදවනු ලැබේ.
4. ප්රශ්නය: ෆැරඩේගේ විද්යුත් විච්ඡේදනය පිළිබඳ නීති
CuSO₄ ද්රාවණයක් හරහා ෆැරඩේ 2 ක ධාරාවක් යැවූ විට එම ද්රාවණයෙන් තඹ ග්රෑම් කීයක් අවක්ෂේප වේද?
සාකච්ඡාව:
ෆැරඩේ නියමය පවසන්නේ විද්යුත් විච්ඡේදනය අතරතුර ඉලෙක්ට්රෝඩයක් මත තැන්පත් වන ද්රව්ය ප්රමාණය එය හරහා ගමන් කරන විද්යුත් ධාරාවේ ප්රමාණයට සමානුපාතික බවයි. ද්රව්යයේ ස්කන්ධය (m) සමීකරණය භාවිතයෙන් ගණනය කළ හැකිය:
\[
m = \frac{M \cdot Q}{n \cdot F}
\]
කොහෙද:
– \(m\) යනු තැන්පත් වූ ද්රව්යයේ ස්කන්ධයයි
– \(M\) යනු ද්රව්යයේ මවුලික ස්කන්ධයයි (Cu සඳහා, M = 63.5 g/mol)
– \(Q\) යනු විද්යුත් ආරෝපණ ප්රමාණයයි (කූලොම්බ් වලින්, \(Q = n \cdot F\) ලෙස ගණනය කෙරේ), මෙහි n යනු ෆැරඩේ ගණන වේ)
– \(n\) යනු ප්රතික්රියාවට සම්බන්ධ ඉලෙක්ට්රෝන මවුල ගණනයි (Cu²⁺/Cu සඳහා, n = 2)
– \(F\) යනු ෆැරඩේ නියතය (96500 C/mol) වේ.
ෆැරඩේ ධාරා 2ක් සමඟ:
\[
m = \frac{63.5\, g/mol \cdot 2 \cdot 96500\, C}{2 \cdot 96500\, C/mol}
\]
සමීකරණය සරල කරන්න:
\[
m = 63.5\, උ
\]
ප්රතිඵලය වූයේ මෙම විද්යුත් විච්ඡේදනය හරහා තඹ ග්රෑම් 63.5 ක් තැන්පත් වීමයි.
නිගමනය
විද්යුත් රසායනික සෛල තේරුම් ගැනීම සඳහා රෙඩොක්ස් ප්රතික්රියා, සෛල විභව ගණනය කිරීම් සහ විද්යුත් රසායනික ස්ටොයිකියෝමිතිය පිළිබඳ දැනුම අවශ්ය වේ. ඉහත සඳහන් කළ ආකාරයේ උදාහරණ ගැටළු තේරුම් ගැනීම විවිධ වර්ගයේ විද්යුත් රසායනික සෛලවල මූලික සංකල්ප සහ ඒවායේ යෙදුම පැහැදිලි කිරීමට උපකාරී වේ. අවසාන වශයෙන්, මෙම අවබෝධය ගැඹුරු කිරීම සඳහා විවිධ ගැටළු සමඟ පුහුණුවීම දිගටම කරගෙන යන්න, විශේෂයෙන් විද්යාවේ සහ කර්මාන්තයේ විවිධ ක්ෂේත්රවල න්යායාත්මක සහ ප්රායෝගික යෙදුම් සඳහා.
