Fa'ata'ita'iga o Fesili e Talanoaina ai Sela Voltaic
Pendahuluan
O le voltaic cell, e taʻua foʻi o le galvanic cell, o se masini e liua ai le malosiaga faʻakemikolo i le malosiaga eletise e ala i se tali redox (oxidation-reduction). O le voltaic cell e aofia ai ni electrodes se lua, e masani ona faia i uʻamea eseese, e faʻasusu i totonu o se electrolyte ma fesoʻotaʻi e se salt bridge. I totonu o lenei tusiga, o le a tatou talanoaina ni faʻataʻitaʻiga e fesoʻotaʻi ma voltaic cells e faʻalolotoina ai lo tatou malamalama i a latou mataupu faʻavae o galuega ma le auala e fuafua ai le gafatia o le cell.
A'oa'oga Fa'avae o Sela Voltaic
A'o le'i agai atu i fa'ata'ita'iga o fa'afitauli, e taua le malamalama i manatu fa'avae ma vaega e fausia ai se sela Voltaic:
1. Anode ma Cathode: I totonu o se sela Voltaic, o le anode o le eletise lea e tupu ai le oxidation, ma o le cathode o le eletise lea e tupu ai le reduction. E iai le totogi leaga o le anode, ae o le cathode e iai le totogi lelei.
2. Ala o Eletise: E tafe atu eletise mai le anode i le cathode e ala i se matagaluega i fafo, ma maua ai se tafe eletise.
3. Malosiaga o le Sela (E°cell): O le gafatia o le sela o le eseesega o le gafatia i le va o eletise e lua. E mafai ona fuafuaina le gafatia masani o le sela (E°cell) e faʻaaoga ai le fua faʻatatau:
\[
E° sela = E° cathode – E° anode
\]
lea o le \(E°cathode\) ma le \(E°anode\) o tulaga masani ia o le fa'aitiitia o le cathode ma le anode.
4. Alalaupapa Masima: O lenei alalaupapa e paleni ai le fa'aogaina o ion i totonu o vaila'au eletise uma e lua e ala i le fa'atagaina o le gaoioi o ion.
Fesili Fa'ata'ita'i ma Talanoaga
Ina ia faamanino nei manatu, se'i o tatou talanoaina ni fa'ata'ita'iga o fa'afitauli.
Fa'ata'ita'iga Fesili 1
Fesili:
Fuafua le malosiaga masani o le sela o se sela Volta e aofia ai eletise Zn | Zn²⁺ (aq) ma eletise Cu | Cu²⁺ (aq). Ua iloa o le malosiaga masani o le faʻaitiitia o le gafatia \(E°\) mo le Zn²⁺ | Zn e -0.76 V ma le \(E°\) mo le Cu²⁺ | Cu e +0.34 V.
Talanoaga:
O le laasaga muamua o le fuafuaina lea po o fea le anode ma le cathode.
E sili atu le leaga o le gafatia fa'aitiitia o le Zn (-0.76 V) nai lo le Cu (+0.34 V), o lea o le a galue ai le Zn o le anode (nofoaga o le oxidation) ma le Cu o le cathode (nofoaga o le fa'aitiitia).
Sosoo ai, matou te faʻaaogaina le fua faʻatatau:
\[
E° sela = E° cathode – E° anode
\]
Suitulaga i tau ua iloa:
\[
E°sela = 0.34 V – (-0.76 V)
\]
\[
E°sela = 0.34 V + 0.76 V
\]
\[
E°sela = 1.10 V
\]
O lea la, o le malosiaga masani o le sela e 1.10 V.
Fa'ata'ita'iga Fesili 2
Fesili:
O se sela Voltaic e faia i eletise Fe | Fe²⁺ ma eletise Ag | Ag⁺. O le malosiaga fa'aitiitia masani mo le Fe²⁺ | Fe e -0.44 V ma mo le Ag⁺ | Ag e +0.80 V. Fa'atatau le malosiaga masani o le sela ma tusi le tali atu o le sela.
Talanoaga:
E pei ona faia muamua, e manaʻomia ona tatou fuafuaina le anode ma le cathode. Talu ai o le gafatia faʻaitiitia o le Fe²⁺/Fe e sili atu ona leaga nai lo le Ag⁺/Ag, o le a galue le Fe o le anode ma le Ag o le cathode.
Faaaoga le fua fa'atatau:
\[
E° sela = E° cathode – E° anode
\]
\[
E°sela = 0.80 V – (-0.44 V)
\]
\[
E°sela = 0.80 V + 0.44 V
\]
\[
E°sela = 1.24 V
\]
O le gafatia masani o le sela e 1.24 V.
Mo le tali atoa o le sela, matou te tuʻufaʻatasia tali o le faʻaʻokeseneina ma le faʻaitiitia:
– Tali atu i le anode: \( \text{Fe} \rightarrow \text{Fe}^{2+} + 2\text{e}^- \)
– Tali atu i le katote: \( \text{Ag}^+ + \text{e}^- \rightarrow \text{Ag} \)
Paleniina o le aofaʻi o eletise i tali uma e lua:
\[
\text{Fe} \rightarrow \text{Fe}^{2+} + 2\text{e}^-
\]
\[
2\text{Ag}^+ + 2\text{e}^- \rightarrow 2\text{Ag}
\]
Tali lautele o le sela:
\[
\text{Fe} + 2\text{Ag}^+ \rightarrow \text{Fe}^{2+} + 2\text{Ag}
\]
Fa'ata'ita'iga Fesili 3
Fesili:
Fuafua le gafatia o le sela i le 25°C mo se sela Voltaic e aofia ai eletise Al | Al³⁺ ma eletise Ni | Ni²⁺, pe afai o le malosi o le Al³⁺ e 0.001 M ma o le malosi o le Ni²⁺ e 1 M. Ua iloa o le \(E°\) mo le Al³⁺ | Al e -1.66 V ma le \(E°\) mo le Ni²⁺ | Ni e -0.23 V.
Talanoaga:
Muamua, fuafua le anode ma le cathode.
– O le gafatia fa'aitiitia o le Al³⁺/Al e sili atu le leaga (-1.66 V) nai lo le Ni²⁺/Ni (-0.23 V), o lea la o le Al o le anode ma o le Ni o le cathode.
O le gafatia masani o le sela e fuafuaina e pei ona:
\[
E° sela = E° cathode – E° anode
\]
\[
E°sela = -0.23 V – (-1.66 V)
\]
\[
E°sela = -0.23 V + 1.66 V
\]
\[
E°sela = 1.43 V
\]
Sosoo ai, matou te faʻaaogaina le Nernst Equation e fuafua ai le gafatia o le sela i lalo o tulaga e le o ni tulaga masani:
\[
E_{sela} = E°sela – \left( \frac{RT}{nF} \right) \ln Q
\]
O fea \( Q = \frac{[\text{Al}³⁺]}{[\text{Ni}²⁺]} \), R o le tumau o le kesi (8.314 J/mol·K), T o le vevela i Kelvin (298 K i le 25°C), F o le tumau o le Faraday (96485 C/mol), ma le n o le aofaʻi o electrons (6 mo tali e aofia ai le Al³⁺ ma le Ni²⁺).
Sui ia tau ua iloa i totonu o le fua fa'atatau:
\[
Q = \frac{0.001}{1} = 0.001
\]
\[
E_{sela} = 1.43 V – \left( \frac{8.314 \times 298}{6 \times 96485} \right) \ln 0.001
\]
\[
E_{sela} = 1.43 V – \left( \frac{2477.172}{578910} \right) \ln 0.001
\]
\[
E_{sela} = 1.43 V – (0.00428) \ln 0.001
\]
\[
\ln 0.001 = -6.907
\]
\[
E_{sela} = 1.43 V – (0.00428 \times -6.907)
\]
\[
E_{sela} = 1.43 V + 0.0295
\]
\[
E_{sela} = 1.4595 V
\]
O lea la, o le gafatia o le sela i lenei tulaga e tusa ma le 1.46 V.
I'uga
O le sela voltaic o se manatu faavae i le electrochemistry e liua ai le malosiaga fa'akemikolo i le malosiaga eletise. O lenei tusiga ua fa'alauiloa mai ai mea faavae o le talitonuga o sela Voltaic ma tu'uina atu ai fa'ata'ita'iga e fesoasoani e fa'amanino ai le fa'agasologa o le fuafuaina o le gafatia o sela. Faatasi ai ma lenei malamalamaaga, o le a fa'amoemoe o le a malamalama lelei le au faitau i sela Voltaic ma a latou fa'aoga i tulaga eseese.
