Àpẹẹrẹ Àwọn Ìbéèrè Tí Ó Ń Jíròrò Àwọn Sẹ́ẹ̀lì Voltaic
Pendahuluan
Sẹ́ẹ̀lì voltaic kan, tí a tún mọ̀ sí sẹ́ẹ̀lì galvanic kan, jẹ́ ẹ̀rọ kan tí ó ń yí agbára kẹ́míkà padà sí agbára iná mànàmáná nípasẹ̀ ìṣe redox (oxidation-reduction). Sẹ́ẹ̀lì voltaic kan ní àwọn elektirọd méjì, tí a sábà máa ń ṣe láti inú àwọn irin tí ó yàtọ̀ síra, tí a fi sínú elektirọl kan tí a sì so pọ̀ mọ́ afárá iyọ̀ kan. Nínú àpilẹ̀kọ yìí, a ó jíròrò ọ̀pọ̀lọpọ̀ àpẹẹrẹ tí ó ní í ṣe pẹ̀lú àwọn sẹ́ẹ̀lì voltaic láti mú kí òye wa jinlẹ̀ sí i nípa àwọn ìlànà iṣẹ́ wọn àti bí a ṣe lè ṣírò agbára sẹ́ẹ̀lì.
Ìlànà Ìpìlẹ̀ ti Àwọn Sẹ́ẹ̀lì Voltaic
Kí a tó lọ sí àwọn ìṣòro àpẹẹrẹ, ó ṣe pàtàkì láti lóye àwọn èrò àti àwọn èròjà tí ó para pọ̀ di sẹ́ẹ̀lì Voltaic kan:
1. Anode àti Kathode: Nínú sẹ́ẹ̀lì Voltaic kan, anode ni elekitirodu níbi tí oxidation ti ń ṣẹlẹ̀, àti cathode ni elekitirodu níbi tí ìdínkù ti ń ṣẹlẹ̀. Anode náà ní agbára òdì, nígbà tí cathode náà ní agbára òdì.
2. Ọ̀nà Ẹ̀rọ Elékítírónù: Àwọn ẹ̀rọ Elékítírónù ń ṣàn láti anode sí cathode nípasẹ̀ àyíká ìta, wọ́n sì ń ṣe ìṣàn iná mànàmáná.
3. Agbara Sẹ́ẹ̀lì (Ẹ̀rọ E°): Agbara Sẹ́ẹ̀lì jẹ́ ìyàtọ̀ tó ṣeé ṣe láàrín àwọn elektírọ́dì méjì. A lè ṣírò agbára sẹ́ẹ̀lì déédé (Ẹ̀rọ E°) nípa lílo fọ́múlá náà:
\[
E°cell = E°cathode – E°anode
\]
níbi tí \(E°cathode\) àti \(E°anode\) jẹ́ agbára ìdínkù ìwọ̀n ti katode àti anode.
4. Afárá Iyọ̀: Afárá yìí ń ṣe ìwọ̀n àwọn ìdíyelé ion nínú àwọn omi electrolyte méjèèjì nípa gbígbà láàyè láti máa rìn kiri àwọn ions.
Àpẹẹrẹ Àwọn Ìbéèrè àti Ìjíròrò
Láti ṣàlàyé àwọn èrò wọ̀nyí, ẹ jẹ́ kí a jíròrò àwọn àpẹẹrẹ ìṣòro kan.
Àpẹẹrẹ Ìbéèrè 1
Ìbéèrè:
Ṣírò agbára sẹ́ẹ̀lì boṣewa ti sẹ́ẹ̀lì Volta kan tí ó ní àwọn elekitirodu Zn | Zn²⁺ (aq) àti àwọn elekitirodu Cu | Cu²⁺ (aq). A mọ̀ pé agbára ìdínkù boṣewa \(E°\) fún Zn²⁺ | Zn jẹ́ -0.76 V àti \(E°\) fún Cu²⁺ | Cu jẹ́ +0.34 V.
Ìjíròrò:
Igbesẹ akọkọ ni lati mọ eyi ti o jẹ anode ati katode.
Zn ní agbára ìdínkù odi (-0.76 V) ju Cu (+0.34 V) lọ, nítorí náà Zn yóò ṣiṣẹ́ gẹ́gẹ́ bí anode (ibi ìfàsẹ́yìn) àti Cu gẹ́gẹ́ bí kathode (ibi ìfàsẹ́yìn).
Lẹ́yìn náà, a lo agbekalẹ náà:
\[
E°cell = E°cathode – E°anode
\]
Rọpo awọn iye ti a mọ:
\[
Sẹ́ẹ̀lì E° = 0.34 V – (-0.76 V)
\]
\[
Sẹ́ẹ̀lì E° = 0.34 V + 0.76 V
\]
\[
Sẹ́ẹ̀lì E° = 1.10 V
\]
Nitorinaa, agbara sẹẹli boṣewa jẹ 1.10 V.
Àpẹẹrẹ Ìbéèrè 2
Ìbéèrè:
A fi àwọn elekitirodu Fe | Fe²⁺ àti àwọn elekitirodu Ag | Ag⁺ ṣe sẹ́ẹ̀lì Voltaic kan. Àǹfààní ìdínkù boṣewa fún Fe²⁺ | Fe jẹ́ -0.44 V àti fún Ag⁺ | Ag jẹ́ +0.80 V. Ṣírò agbára sẹ́ẹ̀lì boṣewa kí o sì kọ ìṣesí sẹ́ẹ̀lì náà.
Ìjíròrò:
Gẹ́gẹ́ bí ti tẹ́lẹ̀, a nílò láti pinnu anode àti katode. Níwọ́n ìgbà tí agbára ìdínkù Fe²⁺/Fe jẹ́ odi ju ti Ag⁺/Ag lọ, Fe yóò ṣiṣẹ́ gẹ́gẹ́ bí anode àti Ag gẹ́gẹ́ bí katode.
Lo agbekalẹ naa:
\[
E°cell = E°cathode – E°anode
\]
\[
Sẹ́ẹ̀lì E° = 0.80 V – (-0.44 V)
\]
\[
Sẹ́ẹ̀lì E° = 0.80 V + 0.44 V
\]
\[
Sẹ́ẹ̀lì E° = 1.24 V
\]
Agbara sẹẹli boṣewa jẹ 1.24 V.
Fun gbogbo iṣedaṣe sẹẹli, a darapọ awọn iṣedaṣe ifoyina ati idinku:
– Ìdáhùn ní anode: \( \text{Fe} \rightarrow \text{Fe}^{2+} + 2\text{e}^- \)
– Ìdáhùn ní katódì: \( \text{Ag}^+ + \text{e}^- \rightarrow \text{Ag} \)
Díwọ̀n iye àwọn elekitironi nínú àwọn ìṣe méjèèjì:
\[
\text{Fe} \rightarrow \text{Fe}^{2+} + 2\text{e}^-
\]
\[
2\text{Ag}^+ + 2\text{e}^- \rightarrow 2\text{Ag}
\]
Àpapọ̀ ìṣesí sẹ́ẹ̀lì:
\[
\text{Fe} + 2\text{Ag}^+ \rightarrow \text{Fe}^{2+} + 2\text{Ag}
\]
Àpẹẹrẹ Ìbéèrè 3
Ìbéèrè:
Ṣírò agbára sẹ́ẹ̀lì ní 25°C fún sẹ́ẹ̀lì Voltaic kan tí ó ní àwọn elektiroodu Al | Al³⁺ àti àwọn elektiroodu Ni | Ni²⁺, tí ìfojúsùn Al³⁺ bá jẹ́ 0.001 M àti ìfojúsùn Ni²⁺ jẹ́ 1 M. A mọ̀ pé \(E°\) fún Al³⁺ | Al jẹ́ -1.66 V àti \(E°\) fún Ni²⁺ | Ni jẹ́ -0.23 V.
Ìjíròrò:
Ni akọkọ, pinnu anode ati katodi:
– Àǹfààní ìdínkù Al³⁺/Al jẹ́ odi (-1.66 V) ju Ni²⁺/Ni (-0.23 V) lọ, nítorí náà Al ni anode àti Ni ni katode.
A ṣe iṣiro agbara sẹẹli boṣewa bi:
\[
E°cell = E°cathode – E°anode
\]
\[
Sẹ́ẹ̀lì E° = -0.23 V – (-1.66 V)
\]
\[
Sẹ́ẹ̀lì E° = -0.23 V + 1.66 V
\]
\[
Sẹ́ẹ̀lì E° = 1.43 V
\]
Lẹ́yìn náà, a lo Ìdápọ̀ Nernst láti ṣírò agbára sẹ́ẹ̀lì lábẹ́ àwọn ipò tí kìí ṣe déédé:
\[
E_{cell} = E°cell – \left( \frac{RT}{nF} \right) \ln Q
\]
Níbi tí \( Q = \frac{[\text{Al}³⁺]}{[\text{Ni}²⁺]} \), R jẹ́ ìdúró gáàsì (8.314 J/mol·K), T jẹ́ ìgbóná ní Kelvin (298 K ní 25°C), F jẹ́ ìdúró Faraday (96485 C/mol), àti n jẹ́ iye àwọn elekitironi (6 fún àwọn ìṣesí tí ó ní í ṣe pẹ̀lú Al³⁺ àti Ni²⁺).
Rọpo awọn iye ti a mọ sinu idogba:
\[
Q = \frac{0.001}{1} = 0.001
\]
\[
E_{cell} = 1.43 V – \left( \frac{8.314 \times 298}{6 \times 96485} \right) \ln 0.001
\]
\[
E_{cell} = 1.43 V – \left( \frac{2477.172}{578910} \right) \ln 0.001
\]
\[
E_{cell} = 1.43 V – (0.00428) \ln 0.001
\]
\[
\n 0.001 = -6.907
\]
\[
E_{cell} = 1.43 V – (0.00428 \times -6.907)
\]
\[
E_{cell} = 1.43 V + 0.0295
\]
\[
E_{cell} = 1.4595 V
\]
Nitorinaa, agbara sẹẹli ni ipo yii jẹ nipa 1.46 V.
Ipari
Sẹ́ẹ̀lì voltaic jẹ́ èrò pàtàkì nínú ìmọ̀ ẹ̀rọ electrochemistry tó ń yí agbára kẹ́míkà padà sí agbára iná mànàmáná. Àpilẹ̀kọ yìí ti ṣe àgbékalẹ̀ àwọn ìpìlẹ̀ ẹ̀kọ́ sẹ́ẹ̀lì Voltaic, ó sì ti pèsè àwọn àpẹẹrẹ láti ran ìlànà ṣíṣírò agbára sẹ́ẹ̀lì lọ́wọ́. Pẹ̀lú òye yìí, àwọn òǹkàwé yóò ní òye tó dára jù nípa àwọn sẹ́ẹ̀lì Voltaic àti àwọn ìlò wọn ní onírúurú ipò.
