జింక్ మరియు రాగి ఎలక్ట్రోడ్. గాల్వానిక్ సెల్ యొక్క ఆపరేషన్ సూత్రం. కెమిస్ట్రీ పాఠ్య పుస్తకం
O.S.ZAYTSEV
కెమిస్ట్రీ బుక్
సెకండరీ స్కూల్ టీచర్ల కోసం,
పెడగోజికల్ విశ్వవిద్యాలయాల విద్యార్థులు మరియు 9-10 గ్రేడ్‌ల పాఠశాల విద్యార్థులు,
కెమిస్ట్రీ మరియు నేచురల్ సైన్స్‌కు తమను తాము అంకితం చేయాలని ఎవరు నిర్ణయించుకున్నారు
చదవడానికి టెక్స్ట్‌బుక్ టాస్క్ లాబొరేటరీ ప్రాక్టికల్ సైంటిఫిక్ కథలు
కొనసాగింపు. నం. 4–14, 16–28, 30–34, 37–44, 47, 48/2002;
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23,
24, 25-26, 27-28, 29, 30, 31, 32, 35, 36, 37, 39, 41, 42, 43, 44, 46, 47/2003;
1, 2, 3, 4, 5, 7, 11, 13, 14, 16, 17, 20, 22, 24, 29, 30, 31, 34/2004
§ 8.2. మెటల్-సొల్యూషన్ ఇంటర్‌ఫేస్ వద్ద ప్రతిచర్యలు
(కొనసాగింపు)
రెండు ఎలక్ట్రోడ్ల సర్క్యూట్ను తయారు చేద్దాం, ఉదాహరణకు, రాగి మరియు జింక్. అటువంటి గాల్వానిక్ సెల్ కోసం మూడు ఎంపికలను చర్చిద్దాం.
మొదటి ఎంపిక మనకు ఆసక్తికరంగా ఉండదని వెంటనే చెప్పండి. జింక్ మరియు కాపర్ ప్లేట్లను వారి లవణాల పరిష్కారంతో ఒక గాజులోకి తగ్గించండి - జింక్ మరియు కాపర్ సల్ఫేట్లు (Fig. 8.6). వోల్టేజ్‌ను కొలిచే పరికరం ద్వారా కండక్టర్‌లతో ఎలక్ట్రోడ్లను కనెక్ట్ చేద్దాం - వోల్టమీటర్, ఇది చిత్రంలో “B” చిహ్నం ద్వారా సూచించబడుతుంది.
జింక్ మరియు రాగి రెండూ వాటి అయాన్లను ద్రావణంలోకి పంపుతాయి, అయితే సంబంధిత ప్రతిచర్యల సమతౌల్యం లోహాల వైపుకు మార్చబడుతుంది, ఎందుకంటే అవి స్వచ్ఛమైన నీటిలో లేవు, కానీ ఈ లోహాల అయాన్లను కలిగి ఉన్న ద్రావణంలో ఉంటాయి. అయినప్పటికీ, జింక్ అయాన్లను ద్రావణంలోకి పంపే అధిక సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటుంది మరియు అధిక ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ సంభావ్యతను కలిగి ఉంటుంది. అందువల్ల, రాగి అయాన్లు జింక్ ఎలక్ట్రోడ్‌కు పరుగెత్తుతాయి మరియు జింక్‌పై రాగి ఏర్పడుతుంది:
Zn + Cu 2+ = Zn 2+ + Cu.
ఎలక్ట్రాన్ల పరివర్తన నేరుగా జింక్ ఉపరితలంపై సంభవిస్తుంది, ప్లేట్ల మధ్య సంభావ్య వ్యత్యాసం తలెత్తదు మరియు వోల్టమీటర్ వోల్టేజ్ని చూపించదు.
అనుభవాన్ని మార్చుకుందాం. నౌకలో పోరస్ సిరామిక్స్తో చేసిన విభజనను ఉంచుదాం (Fig. 8.7).
ఎలక్ట్రాన్లు జింక్‌ను వదిలి వోల్టమీటర్ ద్వారా కండక్టర్‌తో పాటు రాగికి ప్రయాణిస్తాయి, అక్కడ అవి రాగి అయాన్లతో సంకర్షణ చెందుతాయి, ఫలితంగా రాగి రాగి ఎలక్ట్రోడ్పై నిక్షిప్తం చేయబడుతుంది. అదే సమయంలో, జింక్ అయాన్లు ద్రావణంలోకి వెళతాయి.
పోరస్ విభజన రాగి అయాన్లు జింక్‌ను చేరుకోకుండా నిరోధించడానికి మరియు తద్వారా కండక్టర్ ద్వారా కాకుండా జింక్ నుండి రాగి అయాన్‌లకు నేరుగా ఎలక్ట్రాన్ల బదిలీని నిరోధించడానికి ఉపయోగపడుతుంది. ప్రతిచర్య పురోగమిస్తున్నప్పుడు, జింక్ అయాన్లు జింక్ నుండి రాగికి కదులుతాయి మరియు రాగి అయాన్లతో కూడా అదే జరుగుతుంది.
పోరస్ సెప్టం పరిష్కారాలను బాగా కలపడాన్ని నిరోధించదు మరియు అదనంగా, పోరస్ సెప్టంతో నాళాల తయారీ కష్టం, కాబట్టి మీరు ఈ క్రింది విధంగా కొనసాగవచ్చు. రెండు గ్లాసులను తీసుకుందాం, వాటిలో పరిష్కారాలను పోయాలి, ఇది మేము ఎలక్ట్రోలైటిక్ వంతెనతో కలుపుతాము - పొటాషియం క్లోరైడ్ (Fig. 8.8) యొక్క సంతృప్త ద్రావణంతో నిండిన U- ఆకారపు గాజు గొట్టం.
వంతెన నుండి ద్రవం చిందకుండా నిరోధించడానికి గొట్టాల చివర్లలో పత్తి శుభ్రముపరచు చొప్పించబడతాయి.
కాబట్టి, పోరస్ విభజన ఎలక్ట్రోలైటిక్ వంతెన ద్వారా భర్తీ చేయబడుతుంది. అందులో, క్లోరైడ్ అయాన్లు జింక్ ఎలక్ట్రోడ్ వైపు కదులుతాయి మరియు పొటాషియం అయాన్లు రాగి ఎలక్ట్రోడ్ వైపు కదులుతాయి. వంతెన ఎలక్ట్రోడ్ ఖాళీలను వేరు చేస్తుంది, జింక్ మరియు రాగి అయాన్ల కదలిక కారణంగా విద్యుత్ వాహకతను నిరోధిస్తుంది మరియు రెండు వేర్వేరు పరిష్కారాలు సంపర్కంలోకి వచ్చినప్పుడు ఉత్పన్నమయ్యే సామర్థ్యాన్ని తగ్గిస్తుంది. అయాన్లు వేర్వేరు వేగంతో కదిలినప్పుడు మరియు పొటాషియం అయాన్లు మరియు క్లోరైడ్ అయాన్లు దాదాపు ఒకే వేగంతో కదులుతున్నప్పుడు అదనపు సంభావ్యత కూడా పుడుతుంది.
ప్రామాణిక రాగి మరియు జింక్ ఎలక్ట్రోడ్ల నుండి ఒక సర్క్యూట్ (Fig. 8.8 చూడండి) తయారు చేద్దాం (పరిష్కారాలలో లోహ అయాన్ల సాంద్రత 1 mol / l). ఈ గాల్వానిక్ సెల్ మరియు దాని EMFలో ప్రతిచర్య దిశను నిర్ధారిద్దాం:
జింక్ ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క సంభావ్యత ప్రతికూల సంకేతాన్ని కలిగి ఉంటుంది మరియు రాగి ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క సంభావ్యత సానుకూల సంకేతాన్ని కలిగి ఉంటుంది. పర్యవసానంగా, జింక్ ఎలక్ట్రోడ్ ఎలక్ట్రాన్లను దానం చేయగల సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటుంది మరియు దానిపై వ్యతిరేక దిశలో ప్రతిచర్య జరుగుతుంది మరియు రాగి ఎలక్ట్రోడ్ ఎలక్ట్రాన్లను అంగీకరిస్తుంది:
ఈ విధంగా, మేము జింక్ మెటల్ ముక్కను కాపర్ సల్ఫేట్ యొక్క ద్రావణంలో ముంచినట్లయితే, అప్పుడు జింక్ అయాన్ల రూపంలో ద్రావణంలోకి వెళుతుంది మరియు అదే సమయంలో రాగి పొర దానిపై నిక్షిప్తం చేయబడుతుంది.
ఎలక్ట్రోడ్ పొటెన్షియల్స్ జాబితాలో ప్రతిచర్య ఉంది:
2H + (10 –7 M, నీరు) + 2 ఇ= H 2 (గ్రా.), ఇ= –0.41 వి.
ఇది నీటిలో హైడ్రోజన్ ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క సంభావ్యత. ఎగువ జాబితాలో ఉన్న అన్ని లోహాలు మరియు ఎలక్ట్రోడ్ పొటెన్షియల్స్ అధిక ప్రతికూల విలువలను కలిగి ఉంటే హైడ్రోజన్‌ను ఏర్పరచడానికి నీటితో ("కరిగిపోవు") చర్య తీసుకోవాలి. కానీ ఇనుము, క్రోమియం, జింక్ మరియు అల్యూమినియం సాధారణ పరిస్థితులలో నీటితో స్పందించవని మీకు బాగా తెలుసు. మెగ్నీషియం వేడి నీటితో మరియు సోడియం, కాల్షియం, పొటాషియం మరియు లిథియం సాధారణ పరిస్థితుల్లో నీటితో చర్య జరుపుతుంది. ఇనుము, క్రోమియం, జింక్ మరియు అల్యూమినియంపై పేలవంగా కరిగే ఆక్సైడ్ ఫిల్మ్‌లు ఏర్పడి, లోహానికి నీటి ప్రాప్యతను నిరోధించడం ద్వారా ఇది వివరించబడింది. ఆక్సైడ్ పొరను తొలగించినప్పుడు, నీటితో ఈ లోహాల పరస్పర చర్య ప్రారంభమవుతుంది. సోడియం, కాల్షియం, పొటాషియం, లిథియం యొక్క ఆక్సైడ్లు లేదా హైడ్రాక్సైడ్లు నీటిలో కరుగుతాయి మరియు నీటితో సంబంధం నుండి లోహాలను రక్షించవు.
ఎలక్ట్రోడ్ రియాక్షన్‌లు, పొటెన్షియల్స్ మరియు emf కోసం, రెడాక్స్ రియాక్షన్‌ల కోసం మేము గతంలో రూపొందించిన అన్ని సూత్రాలు వర్తిస్తాయి:
G=–nEF= ఎన్ – టిఎస్ = –RT ln K=–nE 96 484 = –2,303 8,314 టి lg TO.
సమతౌల్య స్థిరాంకాన్ని లెక్కించేటప్పుడు, స్ఫటికాకార దశలు (లోహాలు) సమతౌల్య స్థిరాంకం వ్యక్తీకరణలో వ్రాయబడవని గుర్తుంచుకోండి, ఎందుకంటే స్ఫటికాకార పదార్ధం యొక్క ఏకాగ్రత దాని పరిమాణంపై ఆధారపడి ఉండదు, అనగా. స్థిరంగా ఉంటుంది. ఉదాహరణకి:
ఎలక్ట్రోడ్ పొటెన్షియల్స్ మరియు ఎలెక్ట్రోకెమికల్ రియాక్షన్స్ యొక్క emf అయాన్ సాంద్రతలు మరియు మాధ్యమం యొక్క pH పై చాలా ఆధారపడి ఉంటాయి. అందువల్ల, ప్రామాణిక పరిస్థితుల కోసం తరచుగా అంచనా వేయబడిన ప్రక్రియ యొక్క దిశ ఈ పరిస్థితులలో సంభవించే దానితో ఏకీభవించదు.
ప్రామాణికం కాని పరిస్థితులలో ప్రతిచర్య యొక్క దిశను ఎలా నిర్ణయించాలో సమాచారం కోసం, ఉన్నత పాఠశాల కోసం రసాయన శాస్త్ర పాఠ్యపుస్తకాలను చూడండి.
కొత్త మరియు మరచిపోయిన భావనలు మరియు పదాల జాబితా
గాల్వానిక్ సెల్ యొక్క రేఖాచిత్రాన్ని రూపొందించడానికి, దాని ఆపరేషన్ మరియు నిర్మాణ లక్షణాల సూత్రాన్ని అర్థం చేసుకోవడం అవసరం.
వినియోగదారులు బ్యాటరీలు మరియు పునర్వినియోగపరచదగిన బ్యాటరీలపై చాలా అరుదుగా శ్రద్ధ చూపుతారు, అయినప్పటికీ ఇవి అత్యంత ప్రజాదరణ పొందిన విద్యుత్ వనరులు.
రసాయన ప్రస్తుత మూలాలు
గాల్వానిక్ సెల్ అంటే ఏమిటి? దీని సర్క్యూట్ ఎలక్ట్రోలైట్ ఆధారంగా ఉంటుంది. పరికరంలో ఎలక్ట్రోలైట్ ఉన్న చిన్న కంటైనర్ ఉంటుంది, ఇది సెపరేటర్ మెటీరియల్ ద్వారా శోషించబడుతుంది. అదనంగా, రెండు గాల్వానిక్ కణాల రేఖాచిత్రం ఉనికిని ఊహిస్తుంది అటువంటి గాల్వానిక్ సెల్ పేరు ఏమిటి? రెండు లోహాలను కలిపే పథకం ఆక్సీకరణ-తగ్గింపు ప్రతిచర్య ఉనికిని ఊహిస్తుంది.
సరళమైన గాల్వానిక్ సెల్
ఇది వివిధ లోహాలతో తయారు చేయబడిన రెండు ప్లేట్లు లేదా రాడ్ల ఉనికిని కలిగి ఉంటుంది, ఇవి బలమైన ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క పరిష్కారంలో మునిగిపోతాయి. ఈ గాల్వానిక్ సెల్ యొక్క ఆపరేషన్ సమయంలో, ఎలక్ట్రాన్ల విడుదలతో అనుబంధించబడిన యానోడ్ వద్ద ఆక్సీకరణ ప్రక్రియ జరుగుతుంది.
కాథోడ్ వద్ద - తగ్గింపు, ప్రతికూల కణాల అంగీకారంతో పాటు. ఎలక్ట్రాన్లు బాహ్య సర్క్యూట్ ద్వారా తగ్గించే ఏజెంట్ నుండి ఆక్సీకరణ ఏజెంట్‌కు బదిలీ చేయబడతాయి.
గాల్వానిక్ సెల్ యొక్క ఉదాహరణ
గాల్వానిక్ కణాల ఎలక్ట్రానిక్ సర్క్యూట్లను గీయడానికి, వాటి ప్రామాణిక ఎలక్ట్రోడ్ సంభావ్యత యొక్క విలువను తెలుసుకోవడం అవసరం. జింక్‌తో కాపర్ సల్ఫేట్ పరస్పర చర్య సమయంలో విడుదలయ్యే శక్తి ఆధారంగా పనిచేసే రాగి-జింక్ గాల్వానిక్ సెల్ యొక్క రూపాంతరాన్ని విశ్లేషిద్దాం.
ఈ గాల్వానిక్ సెల్, దీని రేఖాచిత్రం క్రింద ఇవ్వబడుతుంది, దీనిని జాకోబి-డేనియల్ మూలకం అంటారు. ఇది కాపర్ సల్ఫేట్ (రాగి ఎలక్ట్రోడ్) యొక్క ద్రావణంలో మునిగిపోయిన వాటిని కలిగి ఉంటుంది మరియు ఇది దాని సల్ఫేట్ (జింక్ ఎలక్ట్రోడ్) యొక్క ద్రావణంలో ఉన్న జింక్ ప్లేట్‌ను కూడా కలిగి ఉంటుంది. పరిష్కారాలు ఒకదానితో ఒకటి సంబంధంలోకి వస్తాయి, కానీ వాటిని కలపకుండా నిరోధించడానికి, మూలకం పోరస్ పదార్థంతో చేసిన విభజనను ఉపయోగిస్తుంది.
ఆపరేటింగ్ సూత్రం
గాల్వానిక్ సెల్ ఎలా పనిచేస్తుంది, దీని సర్క్యూట్ Zn ½ ZnSO4 ½½ CuSO4 ½ Cu? దాని ఆపరేషన్ సమయంలో, ఎలక్ట్రికల్ సర్క్యూట్ మూసివేయబడినప్పుడు, మెటాలిక్ జింక్ యొక్క ఆక్సీకరణ ప్రక్రియ జరుగుతుంది.
ఉప్పు ద్రావణంతో దాని ఉపరితలంపై, పరమాణువులు Zn2+ కాటయాన్‌లుగా మారడం గమనించవచ్చు. ఈ ప్రక్రియ "ఉచిత" ఎలక్ట్రాన్ల విడుదలతో కూడి ఉంటుంది, ఇది బాహ్య సర్క్యూట్ వెంట కదులుతుంది.
జింక్ ఎలక్ట్రోడ్ వద్ద సంభవించే ప్రతిచర్యను ఈ క్రింది విధంగా సూచించవచ్చు:
మెటల్ కాటయాన్స్ తగ్గింపు ఒక రాగి ఎలక్ట్రోడ్పై నిర్వహించబడుతుంది. జింక్ ఎలక్ట్రోడ్ నుండి ఇక్కడ ప్రవేశించే ప్రతికూల కణాలు రాగి కాటయాన్‌లతో కలిపి, వాటిని లోహ రూపంలో అవక్షేపిస్తాయి. ఈ ప్రక్రియ ఇలా కనిపిస్తుంది:
మేము పైన చర్చించిన రెండు ప్రతిచర్యలను జోడిస్తే, మేము జింక్-కాపర్ గాల్వానిక్ సెల్ యొక్క ఆపరేషన్‌ను వివరించే సారాంశ సమీకరణాన్ని పొందుతాము.
జింక్ ఎలక్ట్రోడ్ యానోడ్గా పనిచేస్తుంది మరియు రాగి క్యాథోడ్‌గా పనిచేస్తుంది. ఆధునిక గాల్వానిక్ కణాలు మరియు బ్యాటరీలకు ఒకే ఎలక్ట్రోలైట్ ద్రావణాన్ని ఉపయోగించడం అవసరం, ఇది వారి అప్లికేషన్ యొక్క పరిధిని విస్తరిస్తుంది మరియు వారి ఆపరేషన్ మరింత సౌకర్యవంతంగా మరియు సౌకర్యవంతంగా ఉంటుంది.
గాల్వానిక్ కణాల రకాలు
అత్యంత సాధారణ కార్బన్-జింక్ మూలకాలు. వారు యానోడ్‌తో సంబంధంలో నిష్క్రియ కార్బన్ కరెంట్ కలెక్టర్‌ను ఉపయోగిస్తారు, ఇది మాంగనీస్ ఆక్సైడ్ (4). ఎలక్ట్రోలైట్ అమ్మోనియం క్లోరైడ్, దీనిని పేస్ట్ రూపంలో ఉపయోగిస్తారు.
ఇది వ్యాప్తి చెందదు, అందుకే గాల్వానిక్ కణాన్ని పొడిగా పిలుస్తారు. దీని లక్షణం ఆపరేషన్ సమయంలో "కోలుకునే" సామర్ధ్యం, ఇది వారి కార్యాచరణ వ్యవధిలో సానుకూల ప్రభావాన్ని కలిగి ఉంటుంది. ఇటువంటి గాల్వానిక్ కణాలు తక్కువ ధరను కలిగి ఉంటాయి, కానీ తక్కువ శక్తిని కలిగి ఉంటాయి. ఉష్ణోగ్రత తగ్గినప్పుడు, అవి వాటి సామర్థ్యాన్ని తగ్గిస్తాయి మరియు ఉష్ణోగ్రత పెరిగేకొద్దీ, ఎలక్ట్రోలైట్ క్రమంగా ఆరిపోతుంది.
ఆల్కలీన్ కణాలకు క్షార ద్రావణాన్ని ఉపయోగించడం అవసరం, కాబట్టి అవి అప్లికేషన్ యొక్క కొన్ని ప్రాంతాలను కలిగి ఉంటాయి.
లిథియం కణాలలో, క్రియాశీల మెటల్ యానోడ్గా పనిచేస్తుంది, ఇది సేవ జీవితంలో సానుకూల ప్రభావాన్ని కలిగి ఉంటుంది. లిథియం ప్రతికూలంగా ఉంటుంది కాబట్టి, చిన్న పరిమాణాలతో, అటువంటి మూలకాలు గరిష్టంగా రేట్ చేయబడిన వోల్టేజీని కలిగి ఉంటాయి. అటువంటి వ్యవస్థల యొక్క ప్రతికూలతలలో అధిక ధర. లిథియం విద్యుత్ వనరులను తెరవడం పేలుడు.
ముగింపు
ఏదైనా గాల్వానిక్ సెల్ యొక్క ఆపరేటింగ్ సూత్రం కాథోడ్ మరియు యానోడ్ వద్ద సంభవించే రెడాక్స్ ప్రక్రియలపై ఆధారపడి ఉంటుంది. ఉపయోగించిన మెటల్ మరియు ఎంచుకున్న ఎలక్ట్రోలైట్ ద్రావణంపై ఆధారపడి, మూలకం యొక్క సేవ జీవితం మారుతుంది, అలాగే రేటెడ్ వోల్టేజ్ విలువ. ప్రస్తుతం, చాలా సుదీర్ఘ సేవా జీవితాన్ని కలిగి ఉన్న లిథియం మరియు కాడ్మియం గాల్వానిక్ కణాలు డిమాండ్‌లో ఉన్నాయి.
విద్యుత్ ప్రవాహం లేదా గాల్వానిక్ కణాల రసాయన మూలాలురెడాక్స్ ప్రతిచర్యల సమయంలో విడుదలయ్యే శక్తిని విద్యుత్ శక్తిగా మారుస్తుంది. గాల్వానిక్ కణాలు డైరెక్ట్ కరెంట్ యొక్క మూలాలుగా పనిచేస్తాయి. అవి విభజించబడ్డాయి రసాయనమరియు ఏకాగ్రత.
సరళమైన రసాయన గాల్వానిక్ సెల్ రెండు మెటల్ ఎలక్ట్రోడ్లతో విభిన్న ఎలక్ట్రోడ్ పొటెన్షియల్‌లను కలిగి ఉంటుంది మరియు ఒక క్లోజ్డ్ సర్క్యూట్లో అనుసంధానించబడి ఉంటుంది.
తక్కువ ఎలక్ట్రోడ్ సంభావ్యత కలిగిన ఎలక్ట్రోడ్ వద్ద, ఆక్సీకరణ ప్రక్రియ జరుగుతుంది. ఈ ఎలక్ట్రోడ్ విభిన్నంగా పిలువబడుతుంది యానోడ్.
అధిక ఎలక్ట్రోడ్ సంభావ్య విలువ కలిగిన ఎలక్ట్రోడ్ వద్ద, తగ్గింపు ప్రక్రియ జరుగుతుంది. ఈ ఎలక్ట్రోడ్ విభిన్నంగా పిలువబడుతుంది కాథోడ్.
జింక్ మరియు రాగి ఎలక్ట్రోడ్లతో కూడిన మూలకం యొక్క ఉదాహరణను ఉపయోగించి గాల్వానిక్ కణాల ఆపరేషన్ సూత్రాన్ని మరింత వివరంగా పరిశీలిద్దాం. ఈ మూలకాన్ని భిన్నంగా పిలుస్తారు జాకోబి-డేనియల్ మూలకం (Fig. 94).
అన్నం. 94. రాగి-జింక్ గాల్వానిక్ సెల్ యొక్క పథకం
ప్రతి ఎలక్ట్రోడ్ ఉప్పు ద్రావణంలో ముంచిన మెటల్ ప్లేట్‌ను కలిగి ఉంటుంది: వరుసగా ZnSO 4 మరియు CuSO 4.
ఉప్పు ద్రావణాలు ఒక పోరస్ విభజన ద్వారా ఒకదానికొకటి వేరు చేయబడతాయి, దీని ద్వారా మెటల్ అయాన్లు మరియు SO 4 2- సులభంగా పాస్ చేయగలవు. తరచుగా, పోరస్ విభజనకు బదులుగా, " ఉప్పు వంతెన »- సంతృప్త KCl ద్రావణంతో నిండిన వక్ర గాజు గొట్టం (Fig. 95). ఈ సందర్భంలో, ఎలక్ట్రోడ్లు ఒకదానికొకటి సంప్రదించవు, వాటిలో ప్రతి ఒక్కటి ప్రత్యేక పాత్రలో ఉంటాయి, ఇవి ఉప్పు వంతెనను ఉపయోగించి అనుసంధానించబడి ఉంటాయి.
అన్నం. 95. ఉప్పు వంతెనతో ఒక రాగి-జింక్ మూలకం యొక్క రేఖాచిత్రం: 1 - జింక్ ప్లేట్; 2 - రాగి ప్లేట్; 3 - ఉప్పు వంతెన
ఈ సందర్భంలో, జింక్ ఎలక్ట్రోడ్‌లో ఆక్సీకరణ ప్రక్రియ జరుగుతుంది:
Zn 0 – 2ē = Zn 2+,
దీని ఫలితంగా ప్లేట్ నుండి జింక్ అయాన్లు ద్రావణంలోకి వెళతాయి. అదనపు ఎలక్ట్రాన్లు జింక్ ప్లేట్ నుండి రాగి ప్లేట్‌కు మెటల్ కండక్టర్ గుండా వెళతాయి మరియు ద్రావణంలో ఉన్న Cu 2+ అయాన్లను తగ్గిస్తాయి.
Cu 2+ + 2ē = Cu 0,
ఇది తటస్థ అణువుల రూపంలో ప్లేట్‌పై స్థిరపడుతుంది. రాగి ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క మిగిలిన ఉచిత సల్ఫేట్ అయాన్లు మరియు జింక్ ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క అదనపు Zn 2+ అయాన్లు పోరస్ విభజన లేదా ఉప్పు వంతెన ద్వారా ఒకదానికొకటి కదులుతాయి. అందువలన, విద్యుత్ ఛార్జీలు సర్క్యూట్లో బదిలీ చేయబడతాయి మరియు విద్యుత్ ప్రవాహం పుడుతుంది.
ఈ మూలకంలో, రసాయన ప్రతిచర్య ఫలితంగా విద్యుత్ శక్తి పొందబడుతుంది.
Zn + CuSO 4 = Cu + ZnSO 4
గాల్వానిక్ సెల్ యొక్క ప్రధాన లక్షణం ఎలక్ట్రోమోటివ్ ఫోర్స్ (EMF) , సర్క్యూట్లో ప్రస్తుత బలం ఆధారపడి ఉంటుంది. ఇది ఎలక్ట్రోడ్ సంభావ్య వ్యత్యాసానికి సమానం
ఇ.ఎమ్.ఎఫ్. = E 2 – E 1
ఇక్కడ E 1 మరియు E 2 వరుసగా యానోడ్ మరియు కాథోడ్ యొక్క సంభావ్యత.
జాకోబి-డేనియల్ గాల్వానిక్ సెల్ కోసం, ఎలక్ట్రోమోటివ్ ఫోర్స్
ఇ.ఎమ్.ఎఫ్. = E Cu – E Zn
ఎక్కువ emf విలువ. మూలకం, దాని సర్క్యూట్లో ఎక్కువ కరెంట్.
నెర్న్స్ట్ సమీకరణం ప్రకారం, రాగి మరియు జింక్ ఎలక్ట్రోడ్ల సంభావ్యత సూత్రాలను ఉపయోగించి లెక్కించబడుతుంది:
E Cu = E Cu 0 +
E Zn = E Zn 0 +
మొదటి నుండి రెండవ సమీకరణాన్ని తీసివేస్తే, emfని లెక్కించడానికి మేము వ్యక్తీకరణను పొందుతాము. రాగి-జింక్ గాల్వానిక్ సెల్
ఇ.ఎమ్.ఎఫ్. = E Cu 0 – E Zn 0 + =
E Cu 0 – E Zn 0 +
రెండు లోహ ఎలక్ట్రోడ్లతో కూడిన ఏదైనా ఇతర మూలకం కోసం, మరియు దీని ఆపరేషన్ రసాయన ప్రతిచర్యపై ఆధారపడి ఉంటుంది, ఎలక్ట్రోమోటివ్ ఫోర్స్‌ను సూత్రాన్ని ఉపయోగించి లెక్కించవచ్చు:
ఇ.ఎమ్.ఎఫ్. = E 2 0 – E 1 0 +
ఇక్కడ E 2 0 మరియు E 1 0 వరుసగా కాథోడ్ మరియు యానోడ్ యొక్క ప్రామాణిక ఎలక్ట్రోడ్ పొటెన్షియల్స్; n 2 మరియు n 1 - కాథోడ్ మరియు యానోడ్ వద్ద సంభవించే సగం ప్రతిచర్యలలో పాల్గొనే అయాన్ల ఛార్జీల విలువలు; a 2 మరియు a 1 – వరుసగా కాథోడ్ మరియు యానోడ్ వద్ద ద్రావణాలలో మెటల్ అయాన్ల కార్యకలాపాలు).
298K ఉష్ణోగ్రత కోసం, స్థిరాంకాల R మరియు F విలువలను ప్రత్యామ్నాయం చేసేటప్పుడు మరియు సహజ సంవర్గమానం నుండి దశాంశానికి మారినప్పుడు, మా సమీకరణం భిన్నంగా వ్రాయబడుతుంది:
ఇ.ఎమ్.ఎఫ్. = E 2 0 – E 1 0 + 0.059
గాల్వానిక్ కణాలను రేఖాచిత్రం రూపంలో పేర్కొనవచ్చు. ఎడమవైపు సాధారణంగా తక్కువ ఎలక్ట్రోడ్ పొటెన్షియల్ (యానోడ్) ఉన్న ఎలక్ట్రోడ్ లేదా సగం సెల్, మరియు కుడి వైపున - అధిక ఎలక్ట్రోడ్ పొటెన్షియల్ (కాథోడ్)తో ఉంటుంది.
ఎలక్ట్రోడ్లను రికార్డ్ చేస్తున్నప్పుడు, మొదట ఘన దశను సూచించండి (ఉదాహరణకు, మెటల్ లేదా రెడాక్స్ ఎలక్ట్రోడ్ విషయంలో మెటల్), ఆపై - ద్రవ దశలో కరిగిన పదార్థాలు. దశలు ఒకదానికొకటి నిలువు వరుస ద్వారా వేరు చేయబడతాయి. ఒక దశ అనేక భాగాలను కలిగి ఉంటే, అవి కామాలతో వేరు చేయబడతాయి.
రెండు ఎలక్ట్రోడ్ల పరిష్కారాల మధ్య ఇంటర్‌ఫేస్ చుక్కల నిలువు రేఖ లేదా రెండు ఘన రేఖల ½½ ద్వారా వర్ణించబడుతుంది (పరిష్కారాలు ఒకదానికొకటి ఉప్పు వంతెన ద్వారా వేరు చేయబడితే).
పై నిబంధనలకు అనుగుణంగా, జాకోబి-డేనియల్ ఎలిమెంట్ సర్క్యూట్ ఇలా కనిపిస్తుంది:
Zn ½ ZnSO 4 ½½ CuSO 4 ½ Cu
ఒక గాల్వానిక్ సెల్ రెండు రెడాక్స్ ఎలక్ట్రోడ్లతో విభిన్న రెడాక్స్ సంభావ్య విలువలను కలిగి ఉంటుంది. అటువంటి మూలకాలను రెడాక్స్ గాల్వానిక్ కణాలు అంటారు. అవి కూడా రసాయన గాల్వానిక్ కణాలకు చెందినవి, ఎందుకంటే వారి చర్య రసాయన ప్రతిచర్యపై ఆధారపడి ఉంటుంది.
గాల్వానిక్ సెల్, దీనిలో శక్తి యొక్క మూలం రసాయన ప్రతిచర్య కాదు, కానీ అయాన్ల సాంద్రతలను (కార్యకలాపాలను) సమం చేసే పనిని ఏకాగ్రత కణం అంటారు. . ఇది ఒకే ఉప్పు యొక్క ద్రావణాలలో ముంచిన రెండు సారూప్య లోహ ఎలక్ట్రోడ్లను కలిగి ఉండవచ్చు, కానీ మెటల్ అయాన్ల (Fig. 96) యొక్క వివిధ సాంద్రతలతో (కార్యకలాపాలు) ఉదాహరణకు:
Zn ½ ZnSO 4 ½½ ZnSO 4 ½ Zn లేదా Ag ½ AgNO 3 ½½ AgNO 3 ½ Ag
అన్నం. 96. జింక్ గాఢత గొలుసు: M - పొటాషియం క్లోరైడ్ కలిగిన ఉప్పు వంతెన
మరింత పలుచన ద్రావణంలో ఉన్న ఎలక్ట్రోడ్ కరిగిపోతుంది, దాని అయాన్లు ద్రావణంలోకి వెళతాయి:
Cu – 2ē ® Cu 2+
Ag – ē ® Ag +
ఎలక్ట్రోడ్ కూడా ప్రతికూలంగా ఛార్జ్ అవుతుంది.
దీనికి విరుద్ధంగా, లోహ అయాన్లు మరింత సాంద్రీకృత ద్రావణంలో ముంచిన ఎలక్ట్రోడ్పై జమ చేయబడతాయి మరియు అది ధనాత్మకంగా చార్జ్ అవుతుంది. అందువలన, రెండు ఎలక్ట్రోడ్లపై ప్రక్రియలు జరుగుతాయి, ఇది ద్రావణాలలో లోహ అయాన్ల ఏకాగ్రత యొక్క సమీకరణకు దారితీస్తుంది.
ఎలక్ట్రోడ్ పొటెన్షియల్స్ సమానంగా ఉంటాయి:
E 1 = E 0 + ; E 2 = E 0 +
రెండవ నుండి మొదటి సమీకరణాన్ని తీసివేస్తే, మేము emfని లెక్కించడానికి సూత్రాన్ని పొందుతాము. ఏకాగ్రత మూలకం నుండి:
ఇ.ఎమ్.ఎఫ్. = E 2 – E 1 =
రెండు పరిష్కారాలలో మెటల్ అయాన్ల కార్యకలాపాలు సమానంగా ఉండే వరకు ఏకాగ్రత మూలకం పని చేస్తుంది; a 1 = a 2 అయినప్పుడు దాని emf. 0కి సమానంగా ఉంటుంది.
రసాయన గాల్వానిక్ కణానికి ఉదాహరణ జాకోబి-డేనియల్ మూలకం (Fig. 6). ఇది ఒక రాగి ఎలక్ట్రోడ్ (CuSO 4 ద్రావణంలో ముంచిన ఒక రాగి ప్లేట్) మరియు జింక్ ఎలక్ట్రోడ్ (ZnSO 4 ద్రావణంలో ముంచిన జింక్ ప్లేట్) కలిగి ఉంటుంది. జింక్ ప్లేట్ యొక్క ఉపరితలంపై EDL కనిపిస్తుంది మరియు సమతుల్యత ఏర్పడుతుంది
Zn ⇄ Zn 2+ + 2ē
ఈ సందర్భంలో, జింక్ యొక్క ఎలక్ట్రోడ్ సంభావ్యత పుడుతుంది మరియు ఎలక్ట్రోడ్ సర్క్యూట్ Zn|ZnSO 4 లేదా Zn|Zn 2+ రూపాన్ని కలిగి ఉంటుంది.
అదేవిధంగా, EDS కూడా రాగి పలకపై కనిపిస్తుంది మరియు సమతుల్యత ఏర్పడుతుంది
Cu ⇄ Cu 2+ + 2ē
అందువల్ల, రాగి యొక్క ఎలక్ట్రోడ్ సంభావ్యత పుడుతుంది మరియు ఎలక్ట్రోడ్ సర్క్యూట్ Cu|CuSO 4 లేదా Cu|Cu 2+ రూపాన్ని కలిగి ఉంటుంది.
Zn ఎలక్ట్రోడ్ వద్ద (ఎలక్ట్రోకెమికల్‌గా మరింత చురుకుగా), ఆక్సీకరణ ప్రక్రియ జరుగుతుంది: Zn – 2ē → Zn 2+. Cu ఎలక్ట్రోడ్ వద్ద (ఎలెక్ట్రోకెమికల్ తక్కువ యాక్టివ్), తగ్గింపు ప్రక్రియ జరుగుతుంది: Cu 2+ + 2ē → Cu.
అన్నం. 6 రాగి-జింక్ గాల్వానిక్ సెల్ యొక్క పథకం
ఎలెక్ట్రోకెమికల్ ప్రతిచర్య యొక్క మొత్తం సమీకరణం:
Zn + Cu 2+ → Zn 2+ + Cu
లేదా Zn + CuSO 4 → ZnSO 4 + Cu
రసాయన గాల్వానిక్ సెల్ యొక్క సర్క్యూట్ "కుడి ప్లస్" నియమం ప్రకారం వ్రాయబడినందున, జాకోబి-డేనియల్ మూలకం యొక్క సర్క్యూట్ రూపాన్ని కలిగి ఉంటుంది
రేఖాచిత్రంలోని డబుల్ లైన్ ఎలక్ట్రోడ్ల మధ్య విద్యుద్విశ్లేషణ సంబంధాన్ని సూచిస్తుంది, సాధారణంగా ఉప్పు వంతెన ద్వారా నిర్వహించబడుతుంది.
మాంగనీస్-జింక్ గాల్వానిక్ సెల్‌లో (Fig. 7), రాగి-జింక్ సెల్‌లో వలె, యానోడ్ ఒక జింక్ ఎలక్ట్రోడ్. సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ గ్రాఫైట్ మరియు ఎసిటిలీన్ నలుపుతో మాంగనీస్ డయాక్సైడ్ మిశ్రమం నుండి "అగ్లోమెరేట్" యొక్క కాలమ్ రూపంలో ఒత్తిడి చేయబడుతుంది, దాని మధ్యలో కార్బన్ రాడ్ - ప్రస్తుత కండక్టర్ - ఉంచబడుతుంది.
అన్నం. 7 పొడి మాంగనీస్-జింక్ సెల్ యొక్క రేఖాచిత్రం
1 – యానోడ్ (జింక్ కప్పు), 2 – క్యాథోడ్ (గ్రాఫైట్‌తో మాంగనీస్ డయాక్సైడ్ మిశ్రమం), 3 – మెటల్ క్యాప్‌తో కూడిన గ్రాఫైట్ కండక్టర్,
4 - ఎలక్ట్రోలైట్
మాంగనీస్-జింక్ కణాలలో ఉపయోగించే అమ్మోనియం క్లోరైడ్ కలిగిన ఎలక్ట్రోలైట్ NH 4 CI యొక్క జలవిశ్లేషణ కారణంగా కొద్దిగా ఆమ్ల ప్రతిచర్యను కలిగి ఉంటుంది. ఒక ఆమ్ల ఎలక్ట్రోలైట్లో, సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్పై కరెంట్-ఉత్పత్తి ప్రక్రియ జరుగుతుంది:
МnO 2 + 4N + + 2ē → Мn 2+ + 2N 2 O
7-8 pH ఉన్న ఎలక్ట్రోలైట్లో, చాలా తక్కువ హైడ్రోజన్ అయాన్లు ఉన్నాయి మరియు నీటి భాగస్వామ్యంతో ప్రతిచర్య ప్రారంభమవుతుంది:
MnO 2 + H 2 O + ē → MnOOH + OH -
MnOOH అనేది మాంగనీస్ (III) - మాంగనైట్ యొక్క అసంపూర్ణ హైడ్రాక్సైడ్.
ప్రస్తుత ఉత్పాదక ప్రక్రియలో హైడ్రోజన్ అయాన్లు వినియోగించబడుతున్నందున, ఎలక్ట్రోలైట్ ఆమ్లం నుండి తటస్థంగా లేదా ఆల్కలీన్‌గా మారుతుంది. ఎలిమెంట్లను డిచ్ఛార్జ్ చేస్తున్నప్పుడు ఉప్పు ఎలక్ట్రోలైట్లో యాసిడ్ ప్రతిచర్యను నిర్వహించడం సాధ్యం కాదు. ఉప్పు ఎలక్ట్రోలైట్‌కు యాసిడ్ జోడించడం అసాధ్యం, ఎందుకంటే ఇది జింక్ ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క తీవ్రమైన స్వీయ-ఉత్సర్గ మరియు తుప్పుకు కారణమవుతుంది. మాంగనైట్ ఎలక్ట్రోడ్పై పేరుకుపోవడంతో, జింక్ ఎలక్ట్రోడ్ ఉత్సర్గ సమయంలో ఏర్పడిన జింక్ అయాన్లతో ఇది పాక్షికంగా స్పందించగలదు. ఈ సందర్భంలో, తక్కువగా కరిగే సమ్మేళనం పొందబడుతుంది - హెటెరోలైట్, మరియు పరిష్కారం ఆమ్లీకరించబడుతుంది:
2MnOOH + Zn 2+ → ZnO∙Mn 2 O 3 + 2H +
హెటెరోలైట్ ఏర్పడటం వలన సెల్ డిశ్చార్జ్ అయినప్పుడు ఎలక్ట్రోలైట్ చాలా ఆల్కలైజ్ కాకుండా నిరోధిస్తుంది.
విద్యుద్విశ్లేషణకు అదనంగా, రెడాక్స్ ప్రతిచర్య సంభవించే మరొక ఎంపిక సాధ్యమవుతుంది. ఈ సందర్భంలో, తగ్గించే ఏజెంట్ నుండి ఆక్సీకరణ ఏజెంట్ వరకు ఎలక్ట్రాన్లు బాహ్య విద్యుత్ వలయం ద్వారా మెటల్ కండక్టర్ గుండా వెళతాయి. ఫలితంగా, బాహ్య సర్క్యూట్లో విద్యుత్ ప్రవాహం పుడుతుంది మరియు అటువంటి పరికరాన్ని పిలుస్తారు గాల్వానిక్ మూలకం.గాల్వానిక్ కణాలు ఉన్నాయి రసాయన ప్రస్తుత మూలాలు- రసాయన శక్తిని నేరుగా విద్యుత్ శక్తిగా మార్చే పరికరాలు, దాని ఇతర రూపాలను దాటవేస్తాయి.
వివిధ లోహాలు మరియు వాటి సమ్మేళనాలపై ఆధారపడిన గాల్వానిక్ కణాలు రసాయన కరెంట్ మూలాల వలె విస్తృత ఆచరణాత్మక అనువర్తనాన్ని కనుగొన్నాయి.
గాల్వానిక్ కణంలో, రసాయన శక్తి విద్యుత్ శక్తిగా మార్చబడుతుంది. సరళమైన గాల్వానిక్ సెల్ CuSO 4 మరియు ZnSO 4 యొక్క పరిష్కారాలతో రెండు నాళాలను కలిగి ఉంటుంది, వీటిలో వరుసగా రాగి మరియు జింక్ ప్లేట్లు ముంచబడతాయి. నాళాలు ఒకదానికొకటి సాల్ట్ బ్రిడ్జ్ అని పిలువబడే ట్యూబ్ ద్వారా అనుసంధానించబడి ఉంటాయి, ఇది ఎలక్ట్రోలైట్ ద్రావణంతో నిండి ఉంటుంది (ఉదాహరణకు, KCl). అటువంటి వ్యవస్థ అంటారు రాగి-జింక్ గాల్వానిక్ సెల్.
స్కీమాటిక్‌గా, రాగి-జింక్ గాల్వానిక్ సెల్‌లో సంభవించే ప్రక్రియలు లేదా మరో మాటలో చెప్పాలంటే, గాల్వానిక్ సెల్ యొక్క రేఖాచిత్రం క్రింది చిత్రంలో ప్రదర్శించబడింది.
గాల్వానిక్ సెల్ రేఖాచిత్రం
జింక్ ఆక్సీకరణ ప్రక్రియ యానోడ్ వద్ద జరుగుతుంది:
Zn - 2e - = Zn 2+.
దీని ఫలితంగా, జింక్ అణువులు అయాన్లుగా మార్చబడతాయి, ఇవి ద్రావణంలోకి వెళతాయి మరియు జింక్ యానోడ్ కరిగిపోతుంది మరియు దాని ద్రవ్యరాశి తగ్గుతుంది. గాల్వానిక్ సెల్‌లోని యానోడ్ అనేది ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ (జింక్ పరమాణువుల నుండి పొందిన ఎలక్ట్రాన్ల కారణంగా) విద్యుద్విశ్లేషణ ప్రక్రియకు విరుద్ధంగా, ఇది బాహ్య బ్యాటరీ యొక్క సానుకూల టెర్మినల్‌తో అనుసంధానించబడిందని గమనించండి.
జింక్ అణువుల నుండి ఎలక్ట్రాన్లు కాథోడ్‌కు బాహ్య విద్యుత్ వలయం (మెటల్ కండక్టర్) ద్వారా కదులుతాయి, ఇక్కడ దాని ఉప్పు ద్రావణం నుండి రాగి అయాన్లను తగ్గించే ప్రక్రియ జరుగుతుంది:
Cu 2+ + 2е – = Cu.
ఫలితంగా, రాగి అణువులు ఏర్పడతాయి, ఇవి కాథోడ్ యొక్క ఉపరితలంపై జమ చేయబడతాయి మరియు దాని ద్రవ్యరాశి పెరుగుతుంది. గాల్వానిక్ సెల్‌లోని కాథోడ్ ధనాత్మకంగా చార్జ్ చేయబడిన ఎలక్ట్రోడ్.
రాగి-జింక్ గాల్వానిక్ సెల్‌లో సంభవించే ప్రతిచర్య యొక్క మొత్తం సమీకరణాన్ని ఈ క్రింది విధంగా సూచించవచ్చు:
Zn + Cu 2+ = Zn 2+ + Cu.
వాస్తవానికి, రాగిని దాని ఉప్పులో జింక్‌తో భర్తీ చేసే ప్రతిచర్య జరుగుతుంది. అదే ప్రతిచర్యను మరొక విధంగా నిర్వహించవచ్చు - CuSO 4 ద్రావణంలో జింక్ ప్లేట్‌ను ముంచండి. ఈ సందర్భంలో, అదే ఉత్పత్తులు ఏర్పడతాయి - రాగి మరియు జింక్ అయాన్లు. కానీ రాగి-జింక్ గాల్వానిక్ కణంలోని ప్రతిచర్య మధ్య వ్యత్యాసం ఏమిటంటే, ఎలక్ట్రాన్ నష్టం మరియు లాభం ప్రక్రియలు ప్రాదేశికంగా వేరు చేయబడతాయి. ఎలక్ట్రాన్ విడుదల (ఆక్సీకరణ) మరియు ఎలక్ట్రాన్ల సంకలనం (తగ్గింపు) ప్రక్రియలు Cu 2+ అయాన్‌తో Zn అణువు యొక్క ప్రత్యక్ష సంబంధంలో జరగవు, కానీ వ్యవస్థలోని వివిధ ప్రదేశాలలో - వరుసగా, యానోడ్ మరియు కాథోడ్ వద్ద, ఇవి ఒక మెటల్ కండక్టర్ ద్వారా కనెక్ట్ చేయబడింది. ఈ ప్రతిచర్యను నిర్వహించే ఈ పద్ధతిలో, ఎలక్ట్రాన్లు యానోడ్ నుండి కాథోడ్‌కు బాహ్య సర్క్యూట్‌తో కదులుతాయి, ఇది మెటల్ కండక్టర్. చార్జ్డ్ కణాల నిర్దేశిత మరియు క్రమబద్ధమైన ప్రవాహం (ఈ సందర్భంలో ఎలక్ట్రాన్లు). విద్యుత్. గాల్వానిక్ సెల్ యొక్క బాహ్య సర్క్యూట్లో విద్యుత్ ప్రవాహం పుడుతుంది. ఓటు వేయడానికి మీరు జావాస్క్రిప్ట్‌ని ప్రారంభించాలి
