மின்பகுப்பு மின்கலங்கள் குறித்து விவாதிக்கும் எடுத்துக்காட்டுக் கேள்விகள்

மின்பகுப்புக் கலங்கள் குறித்த எடுத்துக்காட்டுக் கேள்விகளும் கலந்துரையாடலும்

வோல்டாயிக் மின்கலம் அல்லது கால்வனிக் மின்கலம் போலல்லாமல், மின்பகுப்பு மின்கலம் என்பது மின் ஆற்றலைத் தன்னிச்சையற்ற ஒரு வேதிவினையாக மாற்றப் பயன்படும் ஒரு கருவியாகும். ஒரு மின்பகுப்பு மின்கலத்தில், கூடுதல் மின் ஆற்றல் இல்லாமல் நிகழாத ஒரு வேதிவினையை நிகழ்த்துவதற்கு மின்சாரம் பயன்படுத்தப்படுகிறது. தூய உலோகங்களின் உற்பத்தி, ஹைட்ரஜன் மற்றும் ஆக்ஸிஜனை உற்பத்தி செய்வதற்காக நீரை மின்பகுத்தல் மற்றும் பல போன்ற பல்வேறு தொழில்துறைப் பயன்பாடுகளில் இந்தக் கருத்து மிகவும் முக்கியத்துவம் வாய்ந்தது.

இந்தக் கட்டுரை, மின்பகுப்புக் கலங்கள் பற்றிய கருத்தை மாணவர்கள் மேலும் ஆழமாகப் புரிந்துகொள்ள உதவும் வகையில், மின்பகுப்புச் சிக்கல்களின் பல எடுத்துக்காட்டுகளையும் அவற்றைப் பற்றிய விளக்கங்களையும் விவாதிக்கும்.

எடுத்துக்காட்டு கேள்வி 1: NaCl கரைசலின் மின்பகுப்பு

பெர்டான்யான்
சோடியம் குளோரைடு (NaCl) கரைசல், மந்த மின்முனைகளைப் பயன்படுத்தி மின்பகுக்கப்படுகிறது. எதிர்மின்முனை மற்றும் நேர்மின்முனையில் நிகழும் வினைகளையும், ஒவ்வொரு மின்முனையிலும் உருவாகும் விளைபொருட்களையும் எழுதுக.

கலந்துரையாடல்
ஒரு மின்பகுப்புக் கலத்தில் இரண்டு மின்முனைகள் உள்ளன: எதிர்மின்முனை (கேத்தோடு) மற்றும் நேர்மின்முனை (ஆனோடு). NaCl கரைசலின் மின்பகுப்பு இரண்டு நிலைகளில் நடைபெறுகிறது: எதிர்மின்முனையில் நிகழும் வினை மற்றும் நேர்மின்முனையில் நிகழும் வினை.

1. எதிர்மின்வாயில் ஏற்படும் வினை:

எதிர்மின்முனையில், Na⁺ அயனிகள் மற்றும் H₂O அயனிகள் ஆகியவை சம்பந்தப்பட்ட அயனிகளாகும். இருப்பினும், H₂O அயனிகள் அவற்றின் அதிக ஒடுக்க மின்னழுத்தத்தின் காரணமாக Na⁺ அயனிகளை விட எளிதாக ஒடுக்கப்படுகின்றன.

எதிர்மின்வாயில் நிகழும் வினை:
"`
2H₂O(l) + 2e⁻ → H₂(g) + 2OH⁻(aq) (ஒடுக்க மின்னழுத்தம் = -0.83 V)
"`
எதிர்மின்வாயில் உருவாகும் விளைபொருள் ஹைட்ரஜன் வாயு (H₂) ஆகும்.

2. ஆனோடில் ஏற்படும் வினை:

ஆனோடில், Cl⁻ அயனிகள் மற்றும் H₂O அயனிகள் ஆகியவை சம்பந்தப்பட்ட அயனிகளாகும். Cl⁻ அயனிகள், H₂O அயனிகளை விட குறைந்த ஆக்சிஜனேற்ற ஆற்றலைக் கொண்டிருப்பதால், அவை எளிதில் ஆக்சிஜனேற்றம் அடைகின்றன.

ஆனோடில் நிகழும் வினை:
"`
2Cl⁻(aq) → Cl₂(g) + 2e⁻ (ஆக்சிஜனேற்ற மின்னழுத்தம் = -1.36 V)
"`
ஆனோடில் உருவாகும் விளைபொருள் குளோரின் வாயு (Cl₂) ஆகும்.

எனவே, NaCl கரைசலின் மின்பகுப்பு வினையில், எதிர்மின்வாயில் ஹைட்ரஜன் வாயுவும் (H₂), நேர்மின்வாயில் குளோரின் வாயுவும் (Cl₂) விளைபொருளாக உருவாகின்றன.

எடுத்துக்காட்டுக் கேள்வி 2: தாமிர மின்முனைகளைக் கொண்டு CuSO₄ கரைசலின் மின்பகுப்பு

பெர்டான்யான்
தாமிர மின்முனைகளைப் பயன்படுத்தி தாமிர(II) சல்பேட் (CuSO₄) கரைசலின் மின்பகுப்பு மேற்கொள்ளப்பட்டது. எதிர்மின்முனை மற்றும் நேர்மின்முனையில் நிகழும் வினைகளையும், ஒவ்வொரு மின்முனையிலும் உருவாகும் விளைபொருட்களையும் எழுதுக.

கலந்துரையாடல்
இந்த நிலையில், மின்முனையானது மந்தமானது அல்ல, மாறாக ஒரு தாமிர மின்முனை, எனவே அந்த மின்முனை வினைபுரியும்.

1. எதிர்மின்வாயில் ஏற்படும் வினை:

எதிர்மின்வாயில், நேர்மின்வாயில் உள்ள Cu²⁺ அயனிகள் ஒடுக்கப்படும்.
"`
Cu²⁺(aq) + 2e⁻ → Cu(s) (குறைப்பு திறன் = +0.34 V)
"`
எதிர்மின்வாயில் உருவாகும் பொருளானது, மின்முனையின் மீது படியும் திட செம்பு (Cu) ஆகும்.

2. ஆனோடில் ஏற்படும் வினை:

ஆனோடில், தாமிர மின்முனையே ஆக்சிஜனேற்றம் அடையும்.
"`
Cu(கள்) → Cu²⁺(aq) + 2e⁻ (ஆக்சிஜனேற்ற திறன் = -0.34 V)
"`
ஆனோடில் உருவாகும் தயாரிப்பு Cu²⁺ அயனிகள் ஆகும்.

மின்முனை தாமிரத்தால் ஆனதால், கரைசலில் மின்பகுக்கப்படும் Cu²⁺ அயனிகள், நேர்மின்முனையில் தாமிரம் கரைவதன் மூலம் ஈடுசெய்யப்படுகின்றன.

எடுத்துக்காட்டு 3: படியவைக்கப்பட்ட உலோகத்தின் நிறை

பெர்டான்யான்
ஒரு மின்பகுப்புக் கலத்தில், 0.2 மோல் எலக்ட்ரான்கள் CuSO₄ கரைசல் வழியாகப் பாய்கின்றன. எதிர்மின்வாயில் எத்தனை கிராம் தாமிரம் படியும்?

கலந்துரையாடல்
பாயும் எலக்ட்ரான்களின் மோல்களின் (F) எண்ணிக்கையைக் கொண்டு, படிந்த உலோகத்தின் மோல்களின் எண்ணிக்கையைத் தீர்மானிக்கலாம். உலோகப் படிதலுக்கான ஃபாரடேயின் சமன்பாடு:
\[ n = \frac{Q}{Fz} \]

எங்கே:
– Q = மின்னூட்டத்தின் அளவு (கூலம்ப் அலகில்)
– F = ஃபாரடே மாறிலி (96500 C/mol)
– z = ஒரு மோல் வினையில் உள்ள எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை.

இந்த நிலையில், Cu²⁺ இரண்டு எலக்ட்ரான்களை உறிஞ்சி Cu ஆக மாறுகிறது, எனவே z = 2.

படிந்த தாமிரத்தின் மோல்களின் எண்ணிக்கை:
\[ n = \frac{0.2 \text{ எலக்ட்ரான்களின் மோல்கள்}}{2} = 0.1 \text{ தாமிரத்தின் மோல்கள்} \]

படிந்த செம்பின் எடை:
\[ \text{Cu-வின் நிறை} = n \times \text{Mr} \]
இதில் Mr என்பது Cu-வின் மோலார் நிறை (63.5 கி/மோல்) ஆகும்.

ஆகவே:
\[ \text{செம்பின் நிறை} = 0.1 \times 63.5 = 6.35 \text{ கிராம்} \]

எனவே, 6.35 கிராம் தாமிரம் எதிர்மின்வாயில் படியும்.

எடுத்துக்காட்டுக் கேள்வி 4: KI கரைசலின் மின்பகுப்பு

பெர்டான்யான்
KI கரைசலின் மின்பகுப்பு, மந்த மின்முனைகளைப் பயன்படுத்தி செய்யப்படுகிறது. எதிர்மின்முனை மற்றும் நேர்மின்முனையில் நிகழும் வினைகளையும், ஒவ்வொரு மின்முனையிலும் உருவாகும் விளைபொருட்களையும் எழுதுக.

கலந்துரையாடல்
1. எதிர்மின்வாயில் ஏற்படும் வினை:

எதிர்மின்முனையில், K⁺ மற்றும் H₂O அயனிகள் சம்பந்தப்பட்டுள்ளன. K⁺ அயனிகளை விட H₂O அயனிகள் எளிதாக ஒடுக்கப்படுகின்றன.
"`
2H₂O(l) + 2e⁻ → H₂(g) + 2OH⁻(aq)
"`
எதிர்மின்வாயில் உருவாகும் விளைபொருள் ஹைட்ரஜன் வாயு (H₂) ஆகும்.

2. ஆனோடில் ஏற்படும் வினை:

ஆனோடில், I⁻ மற்றும் H₂O அயனிகள் சம்பந்தப்பட்டுள்ளன. H₂O அயனிகளை விட I⁻ அயனிகள் எளிதாக ஆக்சிஜனேற்றம் அடைகின்றன.
"`
2I⁻(aq) → I₂(s) + 2e⁻
"`
ஆனோடில் உருவாகும் பொருள் அயோடின் (I₂) ஆகும்.

எனவே, KI கரைசலின் மின்பகுப்பு வினையில், எதிர்மின்வாயில் உருவாகும் விளைபொருள் ஹைட்ரஜன் வாயு (H₂) மற்றும் நேர்மின்வாயில் உருவாகும் விளைபொருள் அயோடின் (I₂) ஆகும்.

மூடுகிறது

வேதியியல் மாணவர்களுக்கும், உலோகவியல், இரசாயன உற்பத்தி மற்றும் ஆற்றல் தொழில் போன்ற துறைகளில் உள்ள நிபுணர்களுக்கும் மின்பகுப்புக் கலங்களின் கோட்பாடுகள் மற்றும் பயன்பாடுகள் பற்றிய ஆழமான புரிதல் இன்றியமையாதது. இந்தப் புரிதலை வலுப்படுத்த உதவும் வகையில், இந்தக் கட்டுரை பல மின்பகுப்பு எடுத்துக்காட்டுக் கணக்குகளையும் அவற்றின் தீர்வுகளையும் வழங்குகிறது. இந்த அடிப்படைக் கருத்துக்களில் தேர்ச்சி பெறுவது, நிஜ உலகில் எதிர்கொள்ளும் பல்வேறு நடைமுறை மற்றும் கோட்பாட்டுச் சிக்கல்களைத் தீர்க்க உதவும் என்று நம்பப்படுகிறது.