Àwọn Ìbéèrè Àpẹẹrẹ Ìjíròrò nípa Àwọn Sẹ́ẹ̀lì Electrochemical: Lílóye Àwọn Ìpìlẹ̀ ti Electrochemistry Nípasẹ̀ Àwọn Ìbéèrè Àpẹẹrẹ
Ẹ̀rọ-ẹ̀rọ-ẹ̀rọ jẹ́ ẹ̀ka kẹ́mísírì tí ó ń ṣe àgbéyẹ̀wò ìbáṣepọ̀ láàárín àwọn ìhùwàpadà kẹ́mísírì àti ìṣàn iná mànàmáná. Nínú electrochemistry, a sábà máa ń jíròrò oríṣi méjì pàtàkì ti sẹ́ẹ̀lì: àwọn sẹ́ẹ̀lì galvanic (tàbí voltaic) àti àwọn sẹ́ẹ̀lì electrolytic. Irú sẹ́ẹ̀lì méjèèjì lo àwọn ìhùwàpadà redox láti ṣẹ̀dá tàbí lo iná mànàmáná.
Nínú àpilẹ̀kọ yìí, a ó jíròrò díẹ̀ lára àwọn sẹ́ẹ̀lì oníná-ẹ̀rọ tí yóò ran wa lọ́wọ́ láti lóye èrò yìí dáadáa.
1. Ìbéèrè: Sẹ́ẹ̀lì Galvanic
Fún àpẹẹrẹ, ẹ jẹ́ ká wo sẹ́ẹ̀lì galvanic kan tí ó ní electrode zinc (Zn) tí a tẹ̀ sínú omi ZnSO₄ àti electrode copper (Cu) tí a tẹ̀ sínú omi CuSO₄ kan. Kọ àwọn ìṣesí tí ó ń ṣẹlẹ̀ ní electrode kọ̀ọ̀kan sílẹ̀, àti ìṣesí gbogbogbòò nínú cell galvanic yìí.
Ìjíròrò:
1. Ìhùwàsí ní elektrodu zinc (anode, oxidation):
Ìdáhùn: \( Zn(s) \rightarrow Zn^{2+}(aq) + 2e^- \)
Níbí, a máa ń fi zinc ṣe oxidized sí zinc ion (Zn²⁺) ó sì máa ń tú àwọn elektroni méjì jáde.
2. Ìhùwàsí ní elekitirodu bàbà (katode, ìdínkù):
Idahun: (Cu^{2+}(aq) + 2e^- \rightarrow Cu(s) \)
Níbí, àwọn ion bàbà (Cu²⁺) gba àwọn elekitironi méjì, wọ́n sì dín wọn kù sí bàbà líle (Cu).
3. Ìhùwàpadà gbogbogbò nínú sẹ́ẹ̀lì galvanic kan:
So awọn idahun idaji meji wọnyi pọ lati gba idahun gbogbogbo:
\( Zn(s) + Cu^{2+}(aq) \rightarrow Zn^{2+}(aq) + Cu(s) \)
Ni gbogbogbo, a le pari pe ninu awọn sẹẹli galvanic, a lo agbara ti awọn iṣipopada redox lati ṣe ina ina.
2. Ìbéèrè: Àǹfààní Sẹ́ẹ̀lì
Nítorí agbára ìdínkù tó wà nínú ìpele Zn²⁺/Zn = -0,76 V àti Cu²⁺/Cu = +0,34 V. Ṣírò agbára sẹ́ẹ̀lì ti sẹ́ẹ̀lì galvanic tí a ti sọ̀rọ̀ nípa rẹ̀ tẹ́lẹ̀.
Ìjíròrò:
A le ṣe iṣiro agbara sẹẹli (E°_cell) nipa lilo idogba:
\[
E°_{cell} = E°_{cathode} – E°_{anode}
\]
Dimana:
– Katode ni elekitirodu nibiti idinku ti waye (Cu²⁺/Cu pẹlu E° = +0.34 V)
– Anode ni elekitirodu nibiti ifoyina ti waye (Zn²⁺/Zn pẹlu E° = -0.76 V)
\[
E°_{sel} = 0.34 \, V – (-0.76 \, V) = 0.34 \, V + 0.76 \, V = 1.10 \, V
\]
Nítorí náà, agbára sẹ́ẹ̀lì ti sẹ́ẹ̀lì galvanic jẹ́ 1,10 V.
3. Ìbéèrè: Sẹ́ẹ̀lì Electrolytic
Nínú sẹ́ẹ̀lì electrolytic kan, a máa ń pèsè omi sodium chloride (NaCl) sínú sẹ́ẹ̀lì electrolytic pẹ̀lú àwọn elektrode aláìṣiṣẹ́. Kọ àwọn ìṣesí tí ó ń ṣẹlẹ̀ ní elektrode kọ̀ọ̀kan.
Ìjíròrò:
Nínú sẹ́ẹ̀lì electrolytic kan, a lo iná mànàmáná láti wakọ ìṣesí tí kìí ṣe ti ara ẹni. Nínú sẹ́ẹ̀lì electrolytic kan pẹ̀lú omi NaCl, a ní:
1. Ìhùwàsí ní katódì (dínkù):
\[
2H_2O(l) + 2e^- \arrow H_2(g) + 2OH^-(aq)
\]
Nínú ọ̀pọ̀lọpọ̀ omi NaCl tí a ti pò, a óò dín omi kù kí a tó sodíọ̀mù nítorí pé agbára ìdínkù omi náà dára jù (-0.83 V) ju sodíọ̀mù (-2.71 V) lọ.
2. Ìhùwàsí ní anode (oxidation):
\[
2Cl^-(aq) \arrow Cl_2(g) + 2e^-
\]
Ní anode, àwọn ion klórádì ni a máa ń sọ di gáàsì klórádì.
3. Àpapọ̀ ìṣesí:
Darapọ awọn aati ni kathode ati anode fun gbogbo iṣe naa:
\[
2H_2O(l) + 2Cl^-(aq) \arrow H_2(g) + Cl_2(g) + 2OH^-(aq)
\]
Nínú electrolysis omi iyọ̀ yìí, a máa ń ṣe gáàsì hydrogen àti gáàsì chlorine papọ̀ pẹ̀lú omi ìpìlẹ̀ (NaOH) nítorí ìbáṣepọ̀ àwọn ion nínú omi náà.
4. Ìbéèrè: Àwọn Òfin Faraday nípa Electrolysis
Iye giramu copper melo ni a maa n jade lati inu ojutu CuSO₄ ti a ba fi ojutu naa ran ọjọ meji ti ina naa?
Ìjíròrò:
Òfin Faraday sọ pé iye ohun tí a fi pamọ́ sí orí elekitirodu nígbà electrolysis jẹ́ ìwọ̀n iye iná mànàmáná tí ó kọjá nínú rẹ̀. A lè ṣírò ìwọ̀n ohun náà (m) nípa lílo ìṣirò:
\[
m = \frac{M \cdot Q}{n \cdot F}
\]
Dimana:
– \(m\) ni ibi-iṣura ohun ti a fi pamọ sinu
– \(M\) ni ìwọ̀n molar ti ohun naa (fun Cu, M = 63.5 g/mol)
– \(Q\) ni iye agbara ina (ninu awọn coulombs, ti a ṣe iṣiro bi \(Q = n \cdot F\), nibiti n jẹ nọmba awọn ọjọ-ọjọ)
– \(n\) ni iye awọn moles ti awọn elekitironi ti o ni ipa ninu iṣedaṣe naa (fun Cu²⁺/Cu, n = 2)
– \(F\) jẹ́ àìdúró Faraday (96500 C/mol)
Pẹlu sisan ọsan meji ti o wa ni ọna ina:
\[
m = \frac{63.5\, g/mol \cdot 2 \cdot 96500\, C}{2 \cdot 96500\, C/mol}
\]
Ṣe àtúnṣe ìṣirò náà:
\[
m = 63.5\, g
\]
Àbájáde rẹ̀ ni pé a fi 63.5 giramu bàbà sínú iná yìí.
Ipari
Lílóye àwọn sẹ́ẹ̀lì electrochemical nílò ìmọ̀ nípa àwọn reactions redox, ìṣirò agbára sẹ́ẹ̀lì, àti stoichiometry electrochemical. Lílóye àwọn ìṣòro àpẹẹrẹ bíi èyí tí ó wà lókè yìí wúlò láti ṣàlàyé àwọn èrò ìpìlẹ̀ àti lílò wọn nínú onírúurú àwọn sẹ́ẹ̀lì electrochemical. Níkẹyìn, tẹ̀síwájú láti máa ṣe ìdánrawò pẹ̀lú onírúurú ìṣòro láti mú kí òye yìí jinlẹ̀ sí i, pàápàá jùlọ fún àwọn ìlò ìmọ̀ àti ìṣe ní onírúurú ẹ̀ka ìmọ̀ sáyẹ́ǹsì àti ilé iṣẹ́.
