OVR દિશા માપદંડ

રેડોક્સ પ્રતિક્રિયાઓનો કોર્સ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરતા પદાર્થોની પ્રકૃતિ અને પ્રતિક્રિયાની પરિસ્થિતિઓ પર આધારિત છે. 1. રીએજન્ટની સાંદ્રતામાંથી

Zn+h2so4/1(razb)=znso4/2+h2 (OxH/+)

Zn+2h2so4/6(konc)=Znso4/2+s+2h2o (OxS/6)

2. પ્રતિક્રિયા તાપમાન

Cl2+2koh=kcl/-1+kclo/-1+h2o (ઠંડા)

3Cl2+6koh=5kcl/-1+kclo3/+5+3h20 (ગરમ)
3. ઉત્પ્રેરકની હાજરી.
4nh3/-3+3o2=2n2+6h2o/-2 (બેઝ)
4nh3/-3+5o2=4no/2+6h2o/-2 (c)
4. પર્યાવરણની પ્રકૃતિનો પ્રભાવ - વિવિધ વાતાવરણમાં રેડોક્સ પ્રતિક્રિયાઓ થાય છે.
2kmno4/7+5na2so3/4+3h2so4=2mnso4/2+5na2so4/6+k2so4+3h20 (kisl)
2kmno4/7+3na2so3/4+h2o=2mno2/4+3na2so4/6+2koh (neu)
2kmno4/7+na2so3/4+2koh=2k2mno4/6+na2so4/6+h2o (શેલ)

રેડોક્સ પ્રતિક્રિયાઓ હંમેશા મજબૂત ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટને નબળા સંયોજક ઘટાડનાર એજન્ટમાં અથવા મજબૂત ઘટાડનાર એજન્ટને નબળા સંયોજક ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટમાં રૂપાંતરિત કરવાની દિશામાં સ્વયંભૂ રીતે આગળ વધે છે. સંયોજિત જોડીના રેડોક્સ સંભવિતતાના મૂલ્યોનું વિશ્લેષણ કરીને રેડોક્સ પ્રતિક્રિયાની દિશાની આગાહી કરી શકાય છે.

બદલી ન શકાય તેવા ડીસી સ્ત્રોતો. ઉદાહરણો

રાસાયણિક વર્તમાન સ્ત્રોતો જેમાં રાસાયણિક ઊર્જાનું વિદ્યુત ઊર્જામાં સીધું રૂપાંતર થાય છે તેમાં ગેલ્વેનિક કોષોનો સમાવેશ થાય છે. ગેલ્વેનિક કોષો વર્તમાનના પ્રાથમિક રાસાયણિક સ્ત્રોત છે જેમાં રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ ઉલટાવી ન શકાય તેવી હોય છે. તેના સૌથી સરળ સ્વરૂપમાં, તત્વ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સોલ્યુશનમાં ડૂબેલા વિવિધ ધાતુઓથી બનેલા બે ઇલેક્ટ્રોડ ધરાવે છે. આ કિસ્સામાં, એક ઇલેક્ટ્રોડ (કેથોડ) પર, ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રીના વિસર્જનની પ્રતિક્રિયા - અથવા ઓક્સિડેશન - થાય છે, જેમાં ઇલેક્ટ્રોડ ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવે છે, તેને બાહ્ય ઇલેક્ટ્રિકલ સર્કિટમાં આપે છે. અન્ય ઇલેક્ટ્રોડ (એનોડ) પર, ઘટાડો પ્રતિક્રિયા થાય છે - બાહ્ય સર્કિટ દ્વારા કેથોડમાંથી આવતા ઇલેક્ટ્રોનને કારણે ઇલેક્ટ્રોડની આસપાસની સામગ્રીના આયનોનું તટસ્થીકરણ. વિવિધ કોષો માટે સંભવિત તફાવત (ઈલેક્ટ્રોમોટિવ ફોર્સ) 0.85 થી 6 V સુધીનો છે. સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતા ગેલ્વેનિક કોષોમાં (રેડિયો, ફ્લેશલાઈટ્સ વગેરેને પાવર આપવા માટે), હકારાત્મક ઈલેક્ટ્રોડ એ કાર્બન સળિયા અને સક્રિય કાર્બનનો સમૂહ છે. ગ્રેફાઇટ સાથે મેંગેનીઝ ડાયોક્સાઇડનું મિશ્રણ, અને નકારાત્મક એક - કપ અથવા કપના રૂપમાં ઝિંક પ્લેટિંગ 3. એમોનિયાના સોલ્યુશનનો ઉપયોગ મોટેભાગે ઇલેક્ટ્રોલાઇટ તરીકે થાય છે. બિસ્કીટ તત્વને સપાટ આકાર આપવામાં આવે છે, જે બેટરીથી કનેક્ટ કરવા માટે અનુકૂળ છે. ઝીંક ઇલેક્ટ્રોડની બહારની બાજુએ એક ખાસ વિદ્યુત વાહક સ્તર લાગુ કરવામાં આવે છે, જે ઇલેક્ટ્રોલાઇટને પસાર થવા દેતું નથી. એસેમ્બલ તત્વ પાતળા વિનાઇલ ક્લોરાઇડ ફિલ્મ સાથે આવરી લેવામાં આવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, ક્રોના બેટરીમાં આવા ઉપકરણ છે. ફિલ્મ કોટિંગ બાજુઓમાંથી વ્યક્તિગત તત્વોને ઇન્સ્યુલેટ કરે છે, ઇલેક્ટ્રોલાઇટના લિકેજને અટકાવે છે, પરંતુ તત્વની અંદર બનેલા વાયુઓને સરળતાથી પસાર થવા દે છે. સક્રિય કાર્બન માસ બિસ્કીટમાંથી સહેજ બહાર નીકળે છે જેથી અન્ય બિસ્કીટ સાથે અનુકૂળ સંપર્ક થાય. આ બેટરીઓ સક્રિય સામગ્રીનો વધુ સારી રીતે ઉપયોગ કરે છે અને કપ બેટરી કરતા વધુ સંપૂર્ણ રીતે ઉપયોગ કરે છે. સુકા ગેલ્વેનિક કોષો ગ્રાહકને તૈયાર સ્વરૂપમાં પૂરા પાડવામાં આવે છે; ઉપયોગ કરતા પહેલા પાણીથી ભરેલા કન્ટેનર સ્વચ્છ પાણીથી ભરેલા હોવા જોઈએ. ગેલ્વેનિક સેલનું વોલ્ટેજ હંમેશા તેના દ્વારા વિકસિત ઇએમએફ કરતા ઓછું હોય છે, પ્રથમ, તત્વની અંદર તેના આંતરિક પ્રતિકારમાં વોલ્ટેજ ડ્રોપને કારણે, અને બીજું, ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રતિક્રિયાઓના પરિણામે ઇલેક્ટ્રોડ્સના ધ્રુવીકરણની ઘટનાને કારણે. સર્કિટમાં પસાર થતા પ્રવાહના પ્રભાવ હેઠળ ઇલેક્ટ્રોડ્સની સપાટી પર. ઉદાહરણ તરીકે, કેથોડ પર હાઇડ્રોજન અને એનોડ પર ઓક્સિજનનું ઉત્ક્રાંતિ ધ્રુવીકરણ પોટેન્શિયલ્સના દેખાવ સાથે છે, જે ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ તરફ નિર્દેશિત છે અને તેમને ઘટાડે છે. તત્વની કામગીરી પર ધ્રુવીકરણના પ્રભાવને ઘટાડવા માટે, ડિપોલરાઇઝર્સનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે - પદાર્થો કે જે હાઇડ્રોજન અથવા ઓક્સિજનને સ્વીકારે છે, તેમની સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે અને આ રીતે ધ્રુવીકરણ સંભવિત ઘટાડવામાં મદદ કરે છે. કાર્બન ઇલેક્ટ્રોડ સાથે ગેલ્વેનિક કોષો મેંગેનીઝ ડાયોક્સાઇડનો ઉપયોગ ડિપોલરાઇઝર તરીકે કરે છે. વિદ્યુત સર્કિટમાં વોલ્ટેજ મેળવવા માટે જે એક તત્વના વોલ્ટેજ કરતાં વધી જાય છે, તત્વોને બેટરીમાં જોડવામાં આવે છે, જેમાં તેમને શ્રેણીમાં સામેલ કરવામાં આવે છે, એટલે કે, દરેક પાછલા તત્વનો સકારાત્મક ધ્રુવ આગામીના નકારાત્મક ધ્રુવ સાથે જોડાયેલ હોય છે. એક (ફિગ. 3.3, એ). આ કિસ્સામાં બેટરીનું કુલ ઇલેક્ટ્રોમોટિવ બળ વ્યક્તિગત તત્વોના ઇલેક્ટ્રોમોટિવ બળના સરવાળા જેટલું છે:

E ob = E 1 + E 2 + E 3 + ... + E n.

જ્યારે તત્વો સમાન હોય અને તેમના emf. સમાન, e.m.f. n તત્વો ધરાવતી બેટરી,

E ob = n* E el.

ગેલ્વેનિક કોશિકાઓ શોર્ટ સર્કિટથી સુરક્ષિત હોવી જોઈએ અને સ્પાર્ક માટે તેમને ચકાસવાની ભલામણ કરવામાં આવતી નથી. તેમના વોલ્ટેજને લોડ હેઠળ માપવા જોઈએ. જ્યારે કોઈ લોડ ન હોય, ત્યારે વોલ્ટમીટર ઇએમએફ બતાવશે, જે બેટરીના ઉપયોગની ડિગ્રીને દર્શાવતું નથી.

ચાલો પ્રક્રિયાઓને ધ્યાનમાં લઈએ કે જો મેટલ પ્લેટ (ઇલેક્ટ્રોડ) પાણીમાં ડૂબી જાય તો અવલોકન કરવામાં આવશે. તમામ પદાર્થો અમુક અંશે દ્રાવ્ય હોવાને કારણે, આવી સિસ્ટમમાં ધાતુના કેશનને તેમના અનુગામી હાઇડ્રેશન સાથે દ્રાવણમાં સંક્રમણ કરવાની પ્રક્રિયા શરૂ થશે. આ કિસ્સામાં પ્રકાશિત ઇલેક્ટ્રોન ઇલેક્ટ્રોડ પર રહેશે, તેને નકારાત્મક ચાર્જ આપશે. નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ ઇલેક્ટ્રોડ સોલ્યુશનમાંથી મેટલ કેશન્સ આકર્ષશે, પરિણામે સિસ્ટમમાં સંતુલન સ્થાપિત થશે:

M M n+ + ne - ,

જેમાં ઇલેક્ટ્રોડમાં નકારાત્મક ચાર્જ હશે, અને અડીને આવેલા સોલ્યુશન સ્તરમાં હકારાત્મક ચાર્જ હશે. ઉપરોક્ત સમીકરણ અર્ધ-પ્રતિક્રિયાનું વર્ણન કરે છે જેના માટે ઓક્સિડાઇઝ્ડ સ્વરૂપ Mn+ cations છે અને ઘટાડેલું સ્વરૂપ ધાતુના અણુઓ M છે.

ચોખા. 26. ઇન્ટરફેસ પર સંભવિત તફાવતની ઘટનાની પદ્ધતિઓ

ઇલેક્ટ્રોડ - ઉકેલ.

જો વિચારણા હેઠળની સિસ્ટમમાં મીઠું દાખલ કરવામાં આવે, જે વિયોજન દરમિયાન Mn+ કેશન્સ દૂર કરે છે, તો સંતુલન વિપરીત પ્રતિક્રિયા તરફ વળશે. પૂરતી ઊંચી Mn+ સાંદ્રતા પર, મેટલ આયનો ઇલેક્ટ્રોડ પર જમા થવાનું શક્ય બને છે, જે હકારાત્મક ચાર્જ મેળવશે, જ્યારે ઇલેક્ટ્રોડની સપાટીને અડીને આવેલ સોલ્યુશન લેયર, જેમાં વધારે આયનોનો સમાવેશ થાય છે, નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થશે. ઇલેક્ટ્રોડ ચાર્જની નિશાની આખરે મેટલની રાસાયણિક પ્રવૃત્તિ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવશે, જે નકારાત્મક ચાર્જના દેખાવને પ્રોત્સાહન આપે છે, અને સોલ્યુશનમાં મેટલ કેશનની સાંદ્રતા, જેમાં વધારો હકારાત્મક ચાર્જના દેખાવમાં ફાળો આપે છે. . જો કે, કોઈપણ કિસ્સામાં, આવી સિસ્ટમમાં ઇલેક્ટ્રિક ડબલ લેયર રચાય છે અને ઇલેક્ટ્રોડ-સોલ્યુશન ઇન્ટરફેસ (ફિગ. 26) પર સંભવિત જમ્પ થાય છે. ઇલેક્ટ્રોડ-સોલ્યુશન ઇન્ટરફેસ પર સંભવિત જમ્પને ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિત કહેવામાં આવે છે.

અમે ધ્યાનમાં લીધેલા ઉદાહરણમાં, ઇલેક્ટ્રોડની ધાતુમાં રાસાયણિક ફેરફારો થયા છે. ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિતની ઘટના માટે આ સ્થિતિ જરૂરી નથી. જો કોઈપણ નિષ્ક્રિય ઇલેક્ટ્રોડ (ગ્રેફાઇટ અથવા પ્લેટિનમ) અમુક અર્ધ-પ્રતિક્રિયાના ઓક્સિડાઇઝ્ડ અને ઘટાડેલા સ્વરૂપો (RP અને VF) ધરાવતા દ્રાવણમાં ડૂબી જાય, તો ઇલેક્ટ્રોડ-સોલ્યુશન ઇન્ટરફેસ પર સંભવિત જમ્પ પણ થશે. આ કિસ્સામાં ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિતનો દેખાવ અર્ધ-પ્રતિક્રિયાની ઘટના દ્વારા નક્કી કરવામાં આવશે:

OF + ne - VF

ઇલેક્ટ્રોનનું વિનિમય ઇલેક્ટ્રોડની સપાટી દ્વારા થાય છે, જે આ કિસ્સામાં મધ્યસ્થીની ભૂમિકા ભજવે છે, આગળની પ્રતિક્રિયા તરફ સંતુલનમાં પરિવર્તન ઇલેક્ટ્રોડ પર હકારાત્મક ચાર્જના દેખાવમાં ફાળો આપશે, અને નકારાત્મક ચાર્જ તરફ વિપરીત પ્રતિક્રિયા. ઇલેક્ટ્રોડ રાસાયણિક રીતે બદલાશે નહીં; તે માત્ર ઈલેક્ટ્રોનના સ્ત્રોત અથવા રીસીવર તરીકે સેવા આપશે. આમ, કોઈપણ રેડોક્સ પ્રતિક્રિયા ચોક્કસ મૂલ્ય દ્વારા વર્ગીકૃત કરી શકાય છે રેડોક્સ સંભવિત – સંભવિત તફાવત કે જે પદાર્થના ઓક્સિડાઇઝ્ડ અને ઘટેલા સ્વરૂપને સમાવતા દ્રાવણમાં ડૂબેલા નિષ્ક્રિય ઇલેક્ટ્રોડની સપાટી પર થાય છે.

ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિતનું મૂલ્ય ઓક્સિડાઇઝ્ડ અને ઘટાડેલા સ્વરૂપોની પ્રકૃતિ અને સાંદ્રતા તેમજ તાપમાન પર આધારિત છે. આ અવલંબન નેર્ન્સ્ટ સમીકરણ દ્વારા વ્યક્ત કરવામાં આવે છે:

જ્યાં R એ સાર્વત્રિક ગેસ સ્થિરાંક છે, T એ નિરપેક્ષ તાપમાન છે, n એ ઓક્સિડાઇઝ્ડ સ્વરૂપના ઘટેલા સ્વરૂપમાં સંક્રમણને અનુરૂપ ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા છે, F એ ફેરાડે નંબર છે (96485 C mol -1), C ઓક્સ અને C લાલ એ ઓક્સિડાઇઝ્ડ અને ઘટાડેલા સ્વરૂપની સાંદ્રતા છે, x અને y એ અર્ધ-પ્રતિક્રિયા સમીકરણમાં ગુણાંક છે, E˚ એ પ્રમાણભૂત સ્થિતિઓ માટે ઉલ્લેખિત ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિત છે (p = 101.326 kPa, T = 298 K, C ox = C લાલ = 1 mol/l). E˚ મૂલ્યોને પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ કહેવામાં આવે છે.

298 K ના તાપમાને, નેર્ન્સ્ટ સમીકરણ સરળતાથી સરળ સ્વરૂપમાં પરિવર્તિત થાય છે:

ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ્સના નિરપેક્ષ મૂલ્યોને માપવાનું અશક્ય છે, જો કે, માપેલા સંભવિતની તુલના ધોરણ તરીકે લેવામાં આવેલા અન્ય એક સાથે કરીને ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ્સના સંબંધિત મૂલ્યો નક્કી કરવાનું શક્ય છે. હાઇડ્રોજન ઇલેક્ટ્રોડના પ્રમાણભૂત સંભવિતનો ઉપયોગ આવા સંદર્ભ સંભવિત તરીકે થાય છે. હાઇડ્રોજન ઇલેક્ટ્રોડ એ પ્લેટિનમ પ્લેટ છે જે છિદ્રાળુ પ્લેટિનમ (પ્લેટિનમ બ્લેક) ના સ્તર સાથે કોટેડ હોય છે અને 298 K ના તાપમાને 1 mol/l ની હાઇડ્રોજન કેશન પ્રવૃત્તિ સાથે સલ્ફ્યુરિક એસિડના દ્રાવણમાં ડૂબી જાય છે. પ્લેટિનમ પ્લેટ હાઇડ્રોજનથી સંતૃપ્ત થાય છે. 101.326 kPa ના દબાણ હેઠળ (ફિગ. 27). પ્લેટિનમ દ્વારા શોષાયેલ હાઇડ્રોજન પ્લેટિનમ કરતાં વધુ સક્રિય ઘટક છે અને ઇલેક્ટ્રોડ એવું વર્તે છે કે જાણે તે હાઇડ્રોજનથી બનેલું હોય. પરિણામે, અર્ધ-પ્રતિક્રિયાને કારણે સિસ્ટમમાં ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિત ઊભી થાય છે

Н 2 ¾ 2Н ¾® 2Н + + 2е -

આ સંભવિત પરંપરાગત રીતે શૂન્ય હોવાનું માનવામાં આવે છે. જો ચોક્કસ અર્ધ-પ્રતિક્રિયાનું ઓક્સિડાઇઝ્ડ સ્વરૂપ હાઇડ્રોજન કેશન કરતાં વધુ સક્રિય ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ હોય, તો આ અર્ધ-પ્રતિક્રિયાના ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિતનું મૂલ્ય હકારાત્મક મૂલ્ય હશે, અન્યથા તે નકારાત્મક હશે. પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિતતાના મૂલ્યો સંદર્ભ કોષ્ટકોમાં આપવામાં આવે છે.

ચોખા. 27. હાઇડ્રોજન ઇલેક્ટ્રોડની રચનાની યોજના.

નેર્ન્સ્ટ સમીકરણ તમને વિવિધ પરિસ્થિતિઓમાં ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિતતાના મૂલ્યોની ગણતરી કરવાની મંજૂરી આપે છે. ઉદાહરણ તરીકે, અર્ધ-પ્રતિક્રિયાની ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિતતા નક્કી કરવી જરૂરી છે:

MnO 4 - + 8H + + 5e - = Mn 2+ + 4H 2 O,

જો તાપમાન 320 K છે, અને MnO 4 -, Mn 2+ અને H+ ની સાંદ્રતા અનુક્રમે 0.800 ની બરાબર છે; 0.0050 અને 2.00 mol/l. આ અર્ધ-પ્રતિક્રિયા માટે E˚ મૂલ્ય 1.51 V. તે મુજબ છે

રેડોક્સ પ્રતિક્રિયાઓની દિશા. કારણ કે ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ ગિબ્સ ફ્રી એનર્જીમાં ફેરફાર સાથે સંબંધ દ્વારા સંબંધિત છે:

ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલનો ઉપયોગ રેડોક્સ પ્રક્રિયાઓની દિશા નક્કી કરવા માટે થઈ શકે છે.

રેડોક્સ પ્રતિક્રિયાને અર્ધ-પ્રતિક્રિયાને અનુરૂપ થવા દો:

X(1) + n 1 e - = Y(1); ΔG° 1 = -n 1 FE° 1,

X(2) + n 2 e - = Y(2); ΔG° 2 = -n 2 FE° 2

તે એકદમ સ્પષ્ટ છે કે આ અર્ધ-પ્રતિક્રિયાઓમાંથી એક ડાબેથી જમણે (ઘટાડવાની પ્રક્રિયા) અને બીજી - જમણેથી ડાબે (ઓક્સિડેશન પ્રક્રિયા) આગળ વધવી જોઈએ. વિચારણા હેઠળની પ્રતિક્રિયા માટે ગિબ્સની ઊર્જામાં ફેરફાર અર્ધ-પ્રતિક્રિયાઓના ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ્સમાં તફાવત દ્વારા નક્કી કરવામાં આવશે.

ΔG° = aΔG° 2 - bΔG° 1 = -nF(E° 2 - E° 1);

જ્યાં a અને b એવા પરિબળો છે જે પ્રતિક્રિયા દરમિયાન દાનમાં અને ઉમેરાયેલા ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યાને સમાન બનાવે છે (n = an 1 = bn 2). પ્રતિક્રિયા સ્વયંભૂ આગળ વધવા માટે, ΔG નું મૂલ્ય નકારાત્મક હોવું જોઈએ, અને આ ત્યારે થશે જ્યારે E 2 > E 1. આમ, ORR ની પ્રક્રિયામાં, જેના માટે ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિત વધારે છે તે બે ઓક્સિડાઇઝ્ડ સ્વરૂપોમાંથી ઘટાડવામાં આવે છે, અને જેના માટે ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિત ઓછું છે તે બે ઘટેલા સ્વરૂપોમાંથી ઓક્સિડાઇઝ્ડ થાય છે.

ઉદાહરણ.પ્રમાણભૂત પરિસ્થિતિઓ હેઠળ પ્રતિક્રિયાની દિશા નક્કી કરો:

MnO 4 - + 5Fe 2+ + 8H + = Mn 2+ + 5Fe 3+ + 4H 2 O

ચાલો બે ઓક્સિડાઇઝ્ડ સ્વરૂપોને ઘટાડેલા સ્વરૂપોમાં સંક્રમણ માટેના સમીકરણો લખીએ અને ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિતતાના અનુરૂપ મૂલ્યો શોધવા માટે લુકઅપ કોષ્ટકોનો ઉપયોગ કરીએ:

Fe 3+ + 1e - = Fe 2+ │5 E° 1 = 0.77 B

MnO 4 - + 8H + + 5e - = Mn 2+ + 4H 2 O │1 E° 2 = 1.51 V

E° 2 > E° 1 થી, બીજી અર્ધ-પ્રતિક્રિયા ડાબેથી જમણે આગળ વધશે, અને પ્રથમ અર્ધ-પ્રતિક્રિયા જમણેથી ડાબે આગળ વધશે. આમ, પ્રક્રિયા સીધી પ્રતિક્રિયાની દિશામાં આગળ વધશે.

ગેલ્વેનિક કોષ

રેડોક્સ પ્રતિક્રિયાઓ, પહેલેથી જ સૂચવ્યા મુજબ, ઘટાડનાર એજન્ટમાંથી ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટમાં ઇલેક્ટ્રોનના સ્થાનાંતરણ સાથે છે. જો તમે ઓક્સિડેશન અને અવકાશમાં ઘટાડો કરવાની પ્રક્રિયાઓને અલગ કરો છો, તો તમે ઇલેક્ટ્રોનનો નિર્દેશિત પ્રવાહ મેળવી શકો છો, એટલે કે. વીજળી ઉપકરણો કે જેમાં રેડોક્સ પ્રતિક્રિયાની રાસાયણિક ઊર્જા ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહની ઊર્જામાં રૂપાંતરિત થાય છે તેને રાસાયણિક વર્તમાન સ્ત્રોતો અથવા ગેલ્વેનિક કોષો કહેવામાં આવે છે..

સૌથી સરળ કિસ્સામાં, ગેલ્વેનિક કોષમાં બે અર્ધ-તત્વોનો સમાવેશ થાય છે - સંબંધિત ક્ષારના ઉકેલોથી ભરેલા જહાજો, જેમાં મેટલ ઇલેક્ટ્રોડ ડૂબી જાય છે. અર્ધ-કોષો ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સોલ્યુશનથી ભરેલી U-આકારની ટ્યુબ (સાઇફન) દ્વારા અથવા અર્ધ-પારગમ્ય પટલ દ્વારા જોડાયેલા હોય છે, જે આયનોને એક અર્ધ-કોષમાંથી બીજામાં પસાર થવા દે છે. જો ઇલેક્ટ્રોડ્સ બાહ્ય વાહક દ્વારા જોડાયેલા ન હોય, તો અડધા કોષો ઇલેક્ટ્રોડ્સ પર ચોક્કસ ચાર્જ દ્વારા પૂરી પાડવામાં આવેલ સંતુલનની સ્થિતિમાં હોય છે. જો સર્કિટ બંધ હોય, તો સંતુલન ખોરવાઈ જાય છે, કારણ કે ઈલેક્ટ્રોન નીચા ઈલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલવાળા ઈલેક્ટ્રોડમાંથી ઊંચા ઈલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ સાથે ઈલેક્ટ્રોડ તરફ જવાનું શરૂ કરશે. પરિણામે, સિસ્ટમમાં ઓક્સિડેશન-ઘટાડાની પ્રતિક્રિયા થવાનું શરૂ થશે, ઉચ્ચ સંભવિત મૂલ્ય સાથેના ઇલેક્ટ્રોડ પર ઘટાડાની પ્રક્રિયા થશે, અને ઓછા સંભવિત મૂલ્ય સાથે ઇલેક્ટ્રોડ પર ઓક્સિડેશન પ્રક્રિયા થશે. ઇલેક્ટ્રોડ કે જેના પર ઘટાડો પ્રતિક્રિયા થાય છે તેને કેથોડ કહેવામાં આવે છે; ઇલેક્ટ્રોડ કે જેના પર ઓક્સિડેશન પ્રતિક્રિયા થાય છે તે એનોડ છે.

ચોખા. 28. કોપર-ઝીંક ગેલ્વેનિક કોષની રચનાની યોજના.

ઉદાહરણ તરીકે, ડેનિયલ-જેકોબી તત્વને ધ્યાનમાં લો, જેમાં આ ધાતુઓના સલ્ફેટના ઉકેલોમાં ડૂબેલા તાંબા અને જસતના ઇલેક્ટ્રોડનો સમાવેશ થાય છે (ફિગ. 28). આ તત્વમાં, ઓક્સિડાઇઝ્ડ સ્વરૂપો કેશન Zn 2+ અને Cu 2+ છે, ઘટેલા સ્વરૂપો જસત અને તાંબુ છે. સિસ્ટમ માટે અર્ધ-પ્રતિક્રિયા સમીકરણો ફોર્મ ધરાવે છે:

Zn 2+ + 2e - = Zn 0 ; E° 1 = -0.76 V

Cu 2+ + 2e - = Cu 0 ; E° 2 = 0.34 V

E° 2 > E° 1 થી, બીજી અર્ધ-પ્રતિક્રિયા ડાબેથી જમણે આગળ વધશે, અને પ્રથમ - જમણેથી ડાબે, એટલે કે. પ્રતિક્રિયા સિસ્ટમમાં થશે:

Zn + Cu 2+ = Zn 2+ + Cu

જ્યાં સુધી ઝીંક ઇલેક્ટ્રોડ ઓગળી ન જાય અથવા તમામ કોપર આયનો ઓછા ન થાય ત્યાં સુધી પ્રક્રિયા ચાલુ રહેશે. કોપર-ઝીંક કોષના કિસ્સામાં, કેથોડ એ કોપર ઇલેક્ટ્રોડ છે (જેના પર Cu 2+ આયનો મેટાલિક કોપરમાં ઘટાડી દેવામાં આવે છે), અને એનોડ એ ઝીંક ઇલેક્ટ્રોડ છે (જેના પર ઝીંક પરમાણુ Zn 2+ આયનમાં ઓક્સિડાઇઝ થાય છે) . તત્વનું ઇલેક્ટ્રોમોટિવ બળ કેથોડ અને એનોડના ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ વચ્ચેના તફાવત જેટલું છે:

ΔE = E કેથોડ - E એનોડ

પ્રમાણભૂત શરતો હેઠળ ΔE = 0.34 - (-076) = 1.10 (V).

ગેલ્વેનિક કોષોના સર્કિટને રેકોર્ડ કરવા માટે, નીચેના ફોર્મનો ઉપયોગ કરો:

એનોડ │ એનોડિક સોલ્યુશન ││ કેથોડ સોલ્યુશન │ કેથોડ

એનોડિક અને કેથોડિક સોલ્યુશન્સ માટે, ગેલ્વેનિક કોષ કાર્ય કરવાનું શરૂ કરે તે ક્ષણે અનુરૂપ આયનોની સાંદ્રતા દર્શાવો. આમ, 0.01 mol/l સમાન CuSO 4 અને ZnSO 4 ની સાંદ્રતા સાથે ડેનિયલ-જેકોબી તત્વ નીચેની યોજનાને અનુરૂપ છે:

Zn │ Zn 2+ (0.01 M) ││ Cu 2+ (0.01 M)│ Cu

ગેલ્વેનિક કોશિકાઓના EMF ને માપવા દ્વારા, ચોક્કસ અર્ધ-પ્રતિક્રિયાઓની પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિતતાઓ નક્કી કરવામાં આવે છે. ચાલો, ઉદાહરણ તરીકે, E˚ અર્ધ-પ્રતિક્રિયા સ્થાપિત કરવી જરૂરી છે:

Fe 3+ + 1e - = Fe 2+

આ કરવા માટે, ગેલ્વેનિક સેલ એસેમ્બલ કરવા માટે તે પૂરતું છે:

Pt│H 2 (g) (101.3 kPa), H + (1M)││Fe 3+ (1M), Fe 2+ (1M) │Pt

અને તેનું EMF માપો, બાદમાં 0.77 V છે. તેથી:

E°(Fe +3 /Fe +2) = DE + E°(H + /H) = 0.77 V + 0 = +0.77 V

ઇલેક્ટ્રોલિસિસ

ઇલેક્ટ્રોલાઇટના સોલ્યુશન અથવા ઓગળવામાંથી ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ પસાર કરીને, રેડોક્સ પ્રતિક્રિયાઓ હાથ ધરવાનું શક્ય છે જે સ્વયંભૂ થતી નથી. ઇલેક્ટ્રોડ પર અલગ ઓક્સિડેશન અને ઘટાડાની પ્રક્રિયા, જે બાહ્ય સ્ત્રોતમાંથી ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહના પ્રવાહ દ્વારા હાથ ધરવામાં આવે છે, તેને વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ કહેવામાં આવે છે.

વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણમાં, એનોડ એ હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ છે જેના પર ઓક્સિડેશન પ્રક્રિયા થાય છે, અને કેથોડ એ નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ છે જેના પર ઘટાડો પ્રક્રિયા થાય છે. આમ "એનોડ" અને "કેથોડ" નામો ઇલેક્ટ્રોડના ચાર્જ સાથે સંબંધિત નથી: વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણમાં એનોડ હકારાત્મક અને કેથોડ નકારાત્મક હોય છે, અને ગેલ્વેનિક કોષની કામગીરીમાં તે બીજી રીતે હોય છે. વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ પ્રક્રિયામાં, એનોડ ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ છે, અને કેથોડ ઘટાડનાર એજન્ટ છે. વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ પ્રક્રિયા એમ. ફેરાડે (1833) ના કાયદા દ્વારા જથ્થાત્મક રીતે વર્ણવવામાં આવી છે:

1. વિદ્યુતધ્રુવ પર છોડવામાં આવેલ પદાર્થનું દળ સોલ્યુશનમાંથી પસાર થતી વીજળીના જથ્થાના પ્રમાણસર છે અથવા ઓગળે છે.

2. ઇલેક્ટ્રોડ પર કોઈપણ પદાર્થની સમકક્ષ એક છછુંદર છોડવા માટે, તેટલી જ વીજળીનો વપરાશ થાય છે.

સામાન્ય રીતે, ફેરાડેના કાયદા નીચેના સમીકરણ દ્વારા વ્યક્ત કરવામાં આવે છે:

જ્યાં m એ વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ ઉત્પાદનનો સમૂહ છે, I વર્તમાન તાકાત છે, t એ વર્તમાનનો પસાર થવાનો સમય છે, F એ 96485 C ની બરાબર છે. mol -1 (ફેરાડે નંબર), M e - પદાર્થનો સમકક્ષ સમૂહ.

પહેલેથી જ સૂચવ્યા મુજબ, ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સના ઉકેલો અને પીગળવા બંને વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણને આધિન છે. મેલ્ટનું વિદ્યુત વિચ્છેદન સૌથી સરળ રીતે આગળ વધે છે. આ કિસ્સામાં, કેશનમાં ઘટાડો કેથોડ પર થાય છે, અને ઇલેક્ટ્રોલાઇટ એનિઓનનું ઓક્સિડેશન એનોડ પર થાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, પીગળેલા સોડિયમ ક્લોરાઇડનું વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ સમીકરણો અનુસાર આગળ વધે છે:

કેથોડ પ્રક્રિયા: Na + + 1e - = Na | 2

ઇલેક્ટ્રોલિસિસ સમીકરણ: 2NaCl = 2Na + Cl 2

ઉકેલોનું વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ વધુ જટિલ છે, કારણ કે આ કિસ્સામાં પાણીના અણુઓ વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણમાંથી પસાર થઈ શકે છે. વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ દરમિયાન, નીચેની અર્ધ-પ્રતિક્રિયાઓ અનુસાર પાણી ઓક્સિડાઇઝ્ડ અને ઘટાડી શકાય છે:

1. પાણી પુનઃપ્રાપ્તિ (કેથોડ પ્રક્રિયા):

2H 2 O + 2e - = H 2 + 2OH -; E° = -0.83 વી

2. પાણીનું ઓક્સિડેશન (એનોડિક પ્રક્રિયા):

2H 2 O - 4e - = 4H + + O 2; E° = 1.23 V

તેથી, જલીય દ્રાવણના વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ દરમિયાન, ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિતતાના વિવિધ મૂલ્યો સાથે ઇલેક્ટ્રોડ પ્રક્રિયાઓ વચ્ચે સ્પર્ધા જોવા મળે છે. આદર્શરીતે, કેથોડ પર સૌથી વધુ ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ સાથે અર્ધ-પ્રતિક્રિયા થવી જોઈએ, અને સૌથી ઓછી ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિત સાથેની અર્ધ-પ્રતિક્રિયા એનોડ પર થવી જોઈએ. જો કે, વાસ્તવિક પ્રક્રિયાઓ માટે, ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલનું મૂલ્ય ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની પ્રકૃતિને પ્રભાવિત કરતું એકમાત્ર પરિબળ નથી.

મોટાભાગના કિસ્સાઓમાં, વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણમાં સ્પર્ધાત્મક પ્રતિક્રિયાઓ વચ્ચેની પસંદગી નીચેના નિયમોના આધારે કરી શકાય છે:

1. જો પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ્સની શ્રેણીમાંની ધાતુ હાઇડ્રોજનની જમણી બાજુએ હોય, તો કેથોડ પર ધાતુ ઓછી થાય છે.

2. જો પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ્સની શ્રેણીમાંની ધાતુ એલ્યુમિનિયમની ડાબી બાજુએ હોય (સમાવિષ્ટ), તો પાણીના ઘટાડાને કારણે કેથોડ પર હાઇડ્રોજન છોડવામાં આવે છે.

3. જો ધાતુ પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ્સની શ્રેણીમાં એલ્યુમિનિયમ અને હાઇડ્રોજન વચ્ચેનું સ્થાન ધરાવે છે, તો કેથોડ પર મેટલ અને હાઇડ્રોજનનો સમાંતર ઘટાડો થાય છે.

4. જો ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં ઓક્સિજન ધરાવતા એસિડ, હાઇડ્રોક્સિલ અથવા ફ્લોરાઇડ આયનોના આયનોનો સમાવેશ થાય છે, તો એનોડ પર પાણીનું ઓક્સિડેશન થાય છે. અન્ય તમામ કિસ્સાઓમાં, ઇલેક્ટ્રોલાઇટ આયનોને એનોડ પર ઓક્સિડાઇઝ કરવામાં આવે છે. એનોડ પર ઘટાડતા એજન્ટોના ઓક્સિડેશનનો આ ક્રમ એ હકીકત દ્વારા સમજાવવામાં આવ્યો છે કે અર્ધ-પ્રતિક્રિયાઓ:

F 2 + 2e - = 2F -

ખૂબ જ ઊંચી ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિત પ્રતિક્રિયા આપે છે (E° = 2.87 V), અને બીજી સ્પર્ધાત્મક પ્રતિક્રિયા શક્ય હોય તો તે લગભગ ક્યારેય સમજાતું નથી. ઓક્સિજન ધરાવતા આયનોની વાત કરીએ તો, તેમના ઓક્સિડેશનનું ઉત્પાદન મોલેક્યુલર ઓક્સિજન છે, જે ઉચ્ચ ઓવરવોલ્ટેજ (પ્લેટિનમ ઇલેક્ટ્રોડ પર 0.5 V) ને અનુરૂપ છે. આ કારણોસર, ક્લોરાઇડ્સના જલીય દ્રાવણના વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ દરમિયાન, ક્લોરિન આયનોને એનોડ પર ઓક્સિડાઇઝ કરવામાં આવે છે, જો કે ઇલેક્ટ્રોડ અર્ધ-પ્રતિક્રિયા સંભવિત

2Cl - - 2e - = Cl 2 ; E° = 1.36 V

પાણીના ઓક્સિડેશન (E° = 1.23 V) ની ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિતતા કરતા વધારે.

વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ પ્રક્રિયા ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રીથી પણ પ્રભાવિત થાય છે. ત્યાં નિષ્ક્રિય ઇલેક્ટ્રોડ્સ છે જે વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ દરમિયાન બદલાતા નથી (ગ્રેફાઇટ, પ્લેટિનમ), અને સક્રિય ઇલેક્ટ્રોડ્સ છે જે વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ દરમિયાન રાસાયણિક ફેરફારોમાંથી પસાર થાય છે.

ચાલો ઉકેલોના વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણના કેટલાક ઉદાહરણો જોઈએ.

ઉદાહરણ 1. નિષ્ક્રિય ઇલેક્ટ્રોડ સાથે કોપર (II) સલ્ફેટના જલીય દ્રાવણનું વિદ્યુત વિચ્છેદન.

CuSO 4 = Cu 2+ + SO

કેથોડ પ્રક્રિયા: Cu 2+ + 2e - = Cu | 2

ઇલેક્ટ્રોલિસિસ સમીકરણ: 2Cu 2+ + 2H 2 O = 2Cu + 4H + + O 2

અથવા 2СuSO 4 + 2H 2 O = 2Cu + 2H 2 SO 4 + O 2

ઉદાહરણ 2. કોપર એનોડ સાથે કોપર સલ્ફેટના જલીય દ્રાવણનું વિદ્યુત વિચ્છેદન.

કેથોડ પ્રક્રિયા: Cu 2+ + 2e - = Cu

એનોડિક પ્રક્રિયા: Cu 0 - 2e - = Cu 2+

વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ એ એનોડમાંથી કેથોડમાં તાંબાના સ્થાનાંતરણ માટે ઉકળે છે.

ઉદાહરણ 3. નિષ્ક્રિય ઇલેક્ટ્રોડ્સ સાથે સોડિયમ સલ્ફેટના જલીય દ્રાવણનું વિદ્યુત વિચ્છેદન.

Na 2 SO 4 = 2Na + + SO

કેથોડિક પ્રક્રિયા: 2H 2 O + 2e - = H 2 + 2OH - | 2

એનોડિક પ્રક્રિયા: 2H 2 O - 4e - = 4H + + O 2 | 1

ઇલેક્ટ્રોલિસિસ સમીકરણ: 2H 2 O = 2H 2 + O 2

ઇલેક્ટ્રોલિસિસ પાણીના વિઘટનમાં નીચે આવે છે.

ઉદાહરણ 4. નિષ્ક્રિય ઇલેક્ટ્રોડ સાથે સોડિયમ ક્લોરાઇડના જલીય દ્રાવણનું વિદ્યુત વિચ્છેદન.

NaCl = Na + + Cl -

કેથોડ પ્રક્રિયા: 2H 2 O + 2e - = H 2 + 2OH - | 1

એનોડિક પ્રક્રિયા: 2Cl - - 2e - = Cl 2 | 1

ઇલેક્ટ્રોલિસિસ સમીકરણ: 2Cl - + 2H 2 O = H 2 + Cl 2 + 2OH -

અથવા 2NaCl + 2H 2 O = 2NaOH + H 2 + Cl 2

સંખ્યાબંધ સક્રિય ધાતુઓ (એલ્યુમિનિયમ, મેગ્નેશિયમ, આલ્કલી અને આલ્કલાઇન પૃથ્વી ધાતુઓ), હાઇડ્રોજન, ઓક્સિજન, ક્લોરિન, સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ, હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ, પોટેશિયમ પરમેંગેનેટ અને અન્ય વ્યવહારિક રીતે મહત્વપૂર્ણ પદાર્થોના ઉત્પાદન માટે ઇલેક્ટ્રોલિસિસનો વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે. વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણનો ઉપયોગ ધાતુઓને કાટથી બચાવવા માટે ટકાઉ મેટલ ફિલ્મો જમા કરવા માટે થાય છે.

કોલોઇડલ સોલ્યુશન્સ

= અમારી ચર્ચાઓ =

OVR ની ઘટના માટે માપદંડ. માનક પરિસ્થિતિઓ અને પ્રમાણભૂત સંભવિતતા

શિક્ષકો અને વિદ્યાર્થીઓ માટે પદ્ધતિસરનો વિકાસ

મોટા ભાગના કિસ્સાઓમાં, રસાયણશાસ્ત્રીઓ (બંને પ્રારંભિક અને તદ્દન અનુભવી) એ પ્રશ્નનો જવાબ આપવાનો હોય છે: શું આપેલ રીએજન્ટ વચ્ચે રેડોક્સ પ્રતિક્રિયા થાય તે શક્ય છે, અને જો એમ હોય, તો આવી પ્રતિક્રિયાની સંપૂર્ણતા શું છે? આ લેખ આ સમસ્યાને ઉકેલવા માટે સમર્પિત છે, જે ઘણીવાર મુશ્કેલીઓનું કારણ બને છે.

એવું માનવામાં આવે છે કે ઇન્ટરફેસ પરની પ્રતિક્રિયાઓ ખૂબ જ ઝડપથી આગળ વધે છે, અને મોટાભાગના ઉકેલોમાં - લગભગ તરત જ. અકાર્બનિક રસાયણશાસ્ત્રમાં, જ્યાં પ્રતિક્રિયાઓમાં ઘણીવાર આયનોનો સમાવેશ થાય છે, આ ધારણા લગભગ હંમેશા ન્યાયી છે (થર્મોડાયનેમિકલી સંભવિત પ્રતિક્રિયાઓના અમુક ઉદાહરણો કે જે વાસ્તવમાં ગતિ અવરોધોને કારણે થતી નથી તેની નીચે ચર્ચા કરવામાં આવશે).

સામાન્ય અને અકાર્બનિક રસાયણશાસ્ત્રમાં OVR નો અભ્યાસ કરતી વખતે, અમારું એક કાર્ય વિદ્યાર્થીઓને સરળનો સભાન ઉપયોગ શીખવવાનું છે. OVR ના સ્વયંભૂ અભ્યાસક્રમ માટે ગુણાત્મક માપદંડએક દિશામાં અથવા બીજી માનક પરિસ્થિતિઓ હેઠળ અને તેમના અભ્યાસક્રમની સંપૂર્ણતારાસાયણિક પ્રેક્ટિસમાં વાસ્તવમાં ઉપયોગમાં લેવાતી પરિસ્થિતિઓ હેઠળ (સંભવિત ગતિ મુશ્કેલીઓને ધ્યાનમાં લીધા વિના).

સૌ પ્રથમ, ચાલો આપણે આપણી જાતને આ પ્રશ્ન પૂછીએ: એક અથવા બીજી અર્ધ-પ્રતિક્રિયામાં સામેલ ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટની ઓક્સિડાઇઝિંગ ક્ષમતા શું પર આધાર રાખે છે, ઉદાહરણ તરીકે, MnO 4 – + 8H + + 5e = Mn 2+ + 4H 2 O? જો કે સામાન્ય રીતે અર્ધ-પ્રતિક્રિયાઓ અને આયનીય ORR સમીકરણોના સમીકરણો લખતી વખતે, આપણે પરંપરાગત રીતે ઉલટાવી શકાય તેવા ચિહ્નને બદલે સમાન ચિહ્નનો ઉપયોગ કરીએ છીએ, વાસ્તવમાં બધી પ્રતિક્રિયાઓ રાસાયણિક રીતે એક અથવા બીજી ડિગ્રી સુધી ઉલટાવી શકાય તેવી હોય છે, અને તેથી, સંતુલનની સ્થિતિમાં, બંને આગળ અને વિપરીત પ્રતિક્રિયાઓ હંમેશા સમાન દરે થાય છે.
ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ MnO 4 ની સાંદ્રતામાં વધારો થાય છે, જેમ કે શાળા રસાયણશાસ્ત્રના અભ્યાસક્રમમાંથી જાણીતું છે, સીધી પ્રતિક્રિયાનો દર, એટલે કે. જમણી તરફ સંતુલન પાળી તરફ દોરી જાય છે; આ કિસ્સામાં, ઘટાડતા એજન્ટના ઓક્સિડેશનની સંપૂર્ણતા વધે છે. લે ચેટેલિયરના સિદ્ધાંતનો ઉપયોગ કુદરતી રીતે સમાન નિષ્કર્ષ તરફ દોરી જાય છે.
આમ, ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટની ઓક્સિડાઇઝિંગ શક્તિ તેની સાંદ્રતામાં વધારો સાથે હંમેશા વધે છે.
આ નિષ્કર્ષ તદ્દન તુચ્છ અને લગભગ સ્વયંસ્પષ્ટ લાગે છે.
જો કે, બરાબર એ જ રીતે તર્ક કરતાં, અમે તારણ કાઢી શકીએ છીએ કે એસિડિક વાતાવરણમાં પરમેંગેનેટ આયનની ઓક્સિડાઇઝિંગ ક્ષમતા હાઇડ્રોજન આયનોની વધતી સાંદ્રતા સાથે વધશે અને Mn 2+ કેશનની વધતી સાંદ્રતા સાથે ઘટશે (ખાસ કરીને, જ્યારે તે એકઠા થાય છે. જેમ જેમ પ્રતિક્રિયા આગળ વધે છે તેમ ઉકેલમાં) .
સામાન્ય રીતે, ઓક્સિડાઇઝરની ઓક્સિડાઇઝિંગ ક્ષમતા અર્ધ-પ્રતિક્રિયા સમીકરણમાં દેખાતા તમામ કણોની સાંદ્રતા પર આધારિત છે. તે જ સમયે, તેનો વધારો, એટલે કે. અર્ધ-પ્રતિક્રિયાના ડાબા ભાગમાં કણોની સાંદ્રતામાં વધારો દ્વારા ઓક્સિડાઇઝરને ઘટાડવાની પ્રક્રિયાને સરળ બનાવવામાં આવે છે; તેની જમણી બાજુએ કણોની સાંદ્રતામાં વધારો, તેનાથી વિપરીત, આ પ્રક્રિયાને અટકાવે છે.
રિડ્યુસિંગ એજન્ટની ઓક્સિડેશન અર્ધ-પ્રતિક્રિયાઓ અને સામાન્ય રીતે રેડોક્સ પ્રતિક્રિયાઓ (જો તે આયનીય સ્વરૂપમાં લખાયેલ હોય તો) વિશે બરાબર સમાન તારણો દોરી શકાય છે.

રેડોક્સ સંભવિત

ઓક્સિડાઇઝરની ઓક્સિડાઇઝિંગ ક્ષમતા (અને તે જ સમયે તેના ઘટાડેલા સ્વરૂપની ઘટાડવાની ક્ષમતા)નું માત્રાત્મક માપ એ ઇલેક્ટ્રોડ φ (ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિત) ની ઇલેક્ટ્રિક સંભવિતતા છે, જેના પર તેના ઘટાડાની અર્ધ-પ્રતિક્રિયા અને વિપરીત અડધા - અનુરૂપ ઘટેલા સ્વરૂપની ઓક્સિડેશન અર્ધ-પ્રતિક્રિયા એકસાથે અને સમાન દરે થાય છે.
આ રેડોક્સ સંભવિત પ્રમાણભૂત હાઇડ્રોજન ઇલેક્ટ્રોડની તુલનામાં માપવામાં આવે છે અને જોડીને "ઓક્સિડાઇઝ્ડ ફોર્મ - ઘટાડેલા સ્વરૂપ" (તેથી, "ઓક્સિડાઇઝિંગ પોટેન્શિયલ" અને "રિડ્યુસિંગ પોટેન્શિયલ" અભિવ્યક્તિઓ સખત રીતે ખોટું બોલે છે). જોડીની સંભવિતતા જેટલી વધારે છે, ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટની ઓક્સિડાઇઝિંગ ક્ષમતા વધુ સ્પષ્ટ અને તે મુજબ, ઘટાડનાર એજન્ટની ઘટાડવાની ક્ષમતા નબળી.
અને ઊલટું: સંભવિત (નકારાત્મક મૂલ્યો સુધી) જેટલું ઓછું છે, તેટલા ઓછા સ્વરૂપના ઘટાડાના ગુણધર્મો વધુ સ્પષ્ટ છે અને તેની સાથે જોડાયેલા ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટના ઓક્સિડાઇઝિંગ ગુણધર્મો નબળા છે.
ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્રના અભ્યાસક્રમમાં વિદ્યુતધ્રુવોના પ્રકારો, પ્રમાણભૂત હાઈડ્રોજન ઈલેક્ટ્રોડની રચના અને પોટેન્શિયલ્સને માપવા માટેની પદ્ધતિઓ વિગતવાર આવરી લેવામાં આવી છે.

નેર્ન્સ્ટ સમીકરણ

એસિડિક માધ્યમમાં પરમેંગેનેટ આયનના ઘટાડાની અર્ધ-પ્રતિક્રિયાને અનુરૂપ રેડોક્સ સંભવિતની અવલંબન (અને, જેમ પહેલાથી નોંધ્યું છે, તે જ સમયે પરમેંગેનેટ આયનમાં Mn 2+ કેશનના ઓક્સિડેશનની અર્ધ-પ્રતિક્રિયા એક એસિડિક માધ્યમ) ઉપર સૂચિબદ્ધ પરિબળો પર જે નિર્ધારિત કરે છે કે તે નર્ન્સ્ટ સમીકરણ દ્વારા જથ્થાત્મક રીતે વર્ણવવામાં આવે છે φ(MnO 4 – , H + / Mn 2+) = φ o (MnO 4 – , H + / Mn 2+) + આરટી / 5એફ ln 8/. સામાન્ય કિસ્સામાં, નેર્ન્સ્ટ સમીકરણ સામાન્ય રીતે શરતી સ્વરૂપમાં લખવામાં આવે છે φ(Ox/Red) = φ o (Box/Red) + આરટી/(nF) ln /, ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ Ox + ના ઘટાડાની અર્ધ-પ્રતિક્રિયાના પરંપરાગત સંકેતને અનુરૂપ ne- = લાલ

નેર્ન્સ્ટ સમીકરણમાં પ્રાકૃતિક લઘુગણકની નિશાની હેઠળની પ્રત્યેક સાંદ્રતા અર્ધ-પ્રતિક્રિયા સમીકરણમાં આપેલ કણના સ્ટોઇકિયોમેટ્રિક ગુણાંકને અનુરૂપ શક્તિ સુધી વધારવામાં આવે છે, n- ઓક્સિડાઇઝર દ્વારા સ્વીકૃત ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા, આર- સાર્વત્રિક ગેસ સ્થિરતા, ટી- તાપમાન, એફ- ફેરાડે નંબર.

પ્રતિક્રિયા દરમિયાન પ્રતિક્રિયા પાત્રમાં રેડોક્સ સંભવિતને માપો, એટલે કે. બિન-સંતુલન પરિસ્થિતિઓમાં, તે અશક્ય છે, કારણ કે જ્યારે સંભવિતને માપવામાં આવે છે, ત્યારે ઇલેક્ટ્રોનને રિડ્યુસિંગ એજન્ટમાંથી ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટમાં સ્થાનાંતરિત કરવું જોઈએ નહીં, પરંતુ ઇલેક્ટ્રોડ્સને જોડતા મેટલ કંડક્ટર દ્વારા. આ કિસ્સામાં, બાહ્ય (વળતર આપનાર) સંભવિત તફાવતના ઉપયોગને કારણે ઇલેક્ટ્રોન ટ્રાન્સફર રેટ (વર્તમાન તાકાત) ખૂબ જ ઓછો રાખવો આવશ્યક છે. બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, જ્યારે ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ અને રિડ્યુસિંગ એજન્ટ વચ્ચેનો સીધો સંપર્ક બાકાત હોય ત્યારે જ ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ્સને માપવાનું સંતુલન સ્થિતિમાં જ શક્ય છે.
તેથી, નેર્ન્સ્ટ સમીકરણમાં ચોરસ કૌંસ, હંમેશની જેમ, કણોની સંતુલન (માપની સ્થિતિમાં) સાંદ્રતા દર્શાવે છે. જો કે પ્રતિક્રિયા દરમિયાન રેડોક્સ જોડીની સંભવિતતાને માપી શકાતી નથી, તેમ છતાં તેમની ગણતરી નર્ન્સ્ટ સમીકરણમાં વર્તમાન જોડીને બદલીને કરી શકાય છે, એટલે કે. સમયના આપેલ બિંદુને અનુરૂપ સાંદ્રતા.
જો પ્રતિક્રિયા આગળ વધે તેમ સંભવિતમાં ફેરફારને ધ્યાનમાં લેવામાં આવે, તો પ્રથમ આ પ્રારંભિક સાંદ્રતા છે, પછી સમય-આધારિત સાંદ્રતા, અને અંતે, પ્રતિક્રિયા સમાપ્ત થયા પછી, સંતુલન છે.
જેમ જેમ પ્રતિક્રિયા આગળ વધે છે તેમ, નેર્ન્સ્ટ સમીકરણનો ઉપયોગ કરીને ગણતરી કરાયેલ ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટની સંભવિતતા ઘટતી જાય છે, અને બીજી અર્ધ-પ્રતિક્રિયાને અનુરૂપ રિડ્યુસિંગ એજન્ટની સંભવિતતા, તેનાથી વિપરીત, વધે છે. જ્યારે આ સંભવિતોની સમાનતા કરવામાં આવે છે, ત્યારે પ્રતિક્રિયા અટકી જાય છે અને સિસ્ટમ રાસાયણિક સંતુલનની સ્થિતિમાં પાછી આવે છે.

પ્રમાણભૂત રેડોક્સ સંભવિતતાઓ

નેર્ન્સ્ટ સમીકરણની જમણી બાજુનું પ્રથમ પદ પ્રમાણભૂત રેડોક્સ સંભવિત છે, એટલે કે. સંભવિત માપવામાં આવે છે અથવા વધુ વખત પ્રમાણભૂત પરિસ્થિતિઓ હેઠળ ગણતરી કરવામાં આવે છે.
પ્રમાણભૂત પરિસ્થિતિઓ હેઠળ, દ્રાવણમાં તમામ કણોની સાંદ્રતા, વ્યાખ્યા પ્રમાણે, 1 mol/l છે અને સમીકરણની જમણી બાજુનું બીજું પદ શૂન્ય બને છે.
બિન-માનક પરિસ્થિતિઓમાં, જ્યારે ઓછામાં ઓછી એક સાંદ્રતા 1 mol/l જેટલી ન હોય, ત્યારે નર્ન્સ્ટ સમીકરણ દ્વારા નિર્ધારિત સંભવિત પ્રમાણભૂત કરતાં અલગ પડે છે. બિન-માનક પરિસ્થિતિઓમાં સંભવિત ઘણીવાર કહેવામાં આવે છે વાસ્તવિક સંભાવના.
શબ્દ "ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ સંભવિત," સખત રીતે કહીએ તો, તેનો ઉપયોગ કરવાની ભલામણ કરવામાં આવતી નથી, કારણ કે તે અન્ય જથ્થા (આયનની રાસાયણિક સંભવિતતા અને તેના ચાર્જના ઉત્પાદન અને ઇલેક્ટ્રિક સંભવિતતાનો સરવાળો) ને સોંપવામાં આવે છે, જેનો વિદ્યાર્થીઓ સામનો કરશે. ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્રના અભ્યાસક્રમમાં. જો એક અથવા વધુ વાયુઓ ORR માં ભાગ લે છે, તો તેમની પ્રમાણભૂત સ્થિતિઓ 1 atm = 101300 Pa ના દબાણની સ્થિતિઓ છે. સ્ટાન્ડર્ડ સ્ટેટ્સ અને સ્ટાન્ડર્ડ પોટેન્શિયલ્સને નક્કી કરતી વખતે તાપમાન પ્રમાણિત નથી અને તે કોઈપણ હોઈ શકે છે, પરંતુ સંદર્ભ પુસ્તકોમાં પ્રમાણભૂત પોટેન્શિયલ્સના કોષ્ટકો માટે સંકલિત કરવામાં આવે છે. ટી=298 K (25 o C).

વિદ્યાર્થીએ પદાર્થોની પ્રમાણભૂત સ્થિતિઓને સામાન્ય સ્થિતિઓથી અલગ પાડવી આવશ્યક છે જેમાં આવશ્યકપણે તેમની સાથે કંઈપણ સામ્ય નથી ( આર= 1 એટીએમ, ટી=273 K), જેમાં, આદર્શ વાયુઓની સ્થિતિના સમીકરણનો ઉપયોગ કરીને pV = nRT, અન્ય શરતો હેઠળ માપવામાં આવેલા વાયુઓના જથ્થાને આપવાનો રિવાજ છે.

સ્ટાન્ડર્ડ પોટેન્શિયલ્સની કોષ્ટક, ઉતરતા ક્રમમાં સંકલિત, સ્પષ્ટપણે ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટોને રેન્ક આપે છે (દા.ત. વિવિધ રેડોક્સ યુગલોના ઓક્સિડાઇઝ્ડ સ્વરૂપો) તેમની શક્તિ અનુસાર. તે જ સમયે, ઘટાડતા એજન્ટોને પણ શક્તિ દ્વારા ક્રમાંકિત કરવામાં આવે છે ( જોડીના પુનઃસ્થાપિત સ્વરૂપો).

પ્રમાણભૂત પરિસ્થિતિઓ હેઠળ પ્રતિક્રિયાની દિશા માટે માપદંડ.

જો પ્રતિક્રિયા મિશ્રણમાં પ્રારંભિક પદાર્થો અને પ્રતિક્રિયા પ્રક્રિયા દરમિયાન તેમના દ્વારા રચાયેલી પ્રતિક્રિયા ઉત્પાદનો અથવા બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, બે ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટો અને બે ઘટાડતા એજન્ટો બંને હોય છે, તો પછી પ્રતિક્રિયાની દિશા નક્કી કરવામાં આવે છે કે કયા ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટો હેઠળ છે. આપેલ શરતો, નેર્ન્સ્ટ સમીકરણ અનુસાર, વધુ મજબૂત હશે.
પ્રમાણભૂત પરિસ્થિતિઓ હેઠળ પ્રતિક્રિયાની દિશા નક્કી કરવી ખાસ કરીને સરળ છે, જ્યારે તેમાં ભાગ લેતા તમામ પદાર્થો (કણો) તેમની પ્રમાણભૂત સ્થિતિમાં હોય છે. આ પરિસ્થિતિઓ હેઠળ, તે જોડીનું ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ, જે ઉચ્ચ પ્રમાણભૂત સંભવિતતા દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે, દેખીતી રીતે વધુ મજબૂત બને છે.
જો કે પ્રમાણભૂત પરિસ્થિતિઓમાં પ્રતિક્રિયાની દિશા આના દ્વારા અસ્પષ્ટપણે નિર્ધારિત કરવામાં આવે છે, અમે તેને અગાઉથી જાણ્યા વિના, પ્રતિક્રિયા સમીકરણ લખી શકીએ છીએ અથવા અધિકાર(પ્રમાણભૂત પરિસ્થિતિઓ હેઠળની પ્રતિક્રિયા વાસ્તવમાં આપણે સ્વીકારેલી દિશામાં આગળ વધે છે, એટલે કે આગળની દિશામાં) અથવા ખોટું(પ્રતિક્રિયા આપણે ધારેલી દિશાની વિરુદ્ધ દિશામાં જાય છે).
ORR સમીકરણ માટેની કોઈપણ એન્ટ્રી ચોક્કસ ધારણા કરે છે ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટની પસંદગીસમીકરણની ડાબી બાજુએ. જો પ્રમાણભૂત પરિસ્થિતિઓમાં આ ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ વધુ મજબૂત હોય, તો પ્રતિક્રિયા આગળ વધશે પ્રત્યક્ષદિશા, જો નહીં - માં વિપરીત.
અમે રેડોક્સ જોડીના પ્રમાણભૂત સંભવિતને કહીશું, જેમાં ઓક્સિડાઇઝ્ડ સ્વરૂપ એ ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ છે જે અમે પસંદ કર્યું છે, ઓક્સિડાઇઝર સંભવિતφ o ઓકે, અને અન્ય જોડીની પ્રમાણભૂત સંભવિત, જેમાં ઘટાડેલ સ્વરૂપ એ અમે પસંદ કરેલ ઘટાડનાર એજન્ટ છે - એજન્ટ સંભવિત ઘટાડોφ o સૂર્ય.

આપણે જથ્થાને Δφ o = φ o Ok – φ o સૂર્ય કહીશું પ્રમાણભૂત રેડોક્સ સંભવિત તફાવત.
આ નોટેશન્સ રજૂ કર્યા પછી પ્રતિક્રિયા દિશા માપદંડપ્રમાણભૂત પરિસ્થિતિઓમાં તમે તેને એક સરળ સ્વરૂપ આપી શકો છો:

જો Δφ o > 0 હોય, તો પ્રમાણભૂત પરિસ્થિતિઓ હેઠળ પ્રતિક્રિયા આગળની દિશામાં આગળ વધે છે; જો Δφ o< 0, то в обратном.

ORR ની પૂર્ણતા માટેનો માપદંડ (અથવા ORR ની રાસાયણિક અપરિવર્તનક્ષમતા માટેનો માપદંડ)

Δφ o > 0 પર આગળની દિશામાં થતી પ્રતિક્રિયાની પૂર્ણતાની ડિગ્રી Δφ o ના મૂલ્ય પર આધારિત છે. આગળ વધવા માટે પ્રતિક્રિયા માટે લગભગ સંપૂર્ણપણેઅથવા "અંત સુધી", એટલે કે. જ્યાં સુધી ઓછામાં ઓછું એક પ્રારંભિક કણો (આયનો, પરમાણુઓ) ખલાસ ન થાય, અથવા, બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, જેથી તે રાસાયણિક રીતે ઉલટાવી શકાય તેવું, તે જરૂરી છે કે પ્રમાણભૂત સંભવિત તફાવત પૂરતો મોટો હોય.
નોંધ કરો કે કોઈપણ પ્રતિક્રિયા, તેની રાસાયણિક ઉલટાવી શકાય તેવું અનુલક્ષીને, હંમેશા હોય છે થર્મોડાયનેમિકલી ઉલટાવી શકાય તેવું, જો તે ટેસ્ટ ટ્યુબ અથવા અન્ય રાસાયણિક રિએક્ટરમાં થાય છે, એટલે કે. ઉલટાવી શકાય તેવા ગેલ્વેનિક સેલ અથવા અન્ય વિશિષ્ટ ઉપકરણની બહાર). સંખ્યાબંધ માર્ગદર્શિકાઓના લેખકો ORR ની સંપૂર્ણતાના માપદંડને Δφо > 0.1 V માને છે. ઘણી પ્રતિક્રિયાઓ માટે આ સ્થિતિ સાચી છે, જો કે, આપેલ સમયે ORR (વધુ ચોક્કસ રીતે, પ્રતિક્રિયાની ડિગ્રી) ની પૂર્ણતા Δφо નું મૂલ્ય તેના આયનીય સમીકરણમાં stoichiometric ગુણાંક પર તેમજ રીએજન્ટની પ્રારંભિક સાંદ્રતા પર આધાર રાખે છે.
શોધવા માટે નર્ન્સ્ટ સમીકરણનો ઉપયોગ કરીને ગણતરીઓ ORR સંતુલન સ્થિર, અને સામૂહિક ક્રિયાનો કાયદો દર્શાવે છે કે પ્રતિક્રિયાઓ દેખીતી રીતે Δφ o > 0.4 પર રાસાયણિક રીતે બદલી ન શકાય તેવી હોય છે.
આ કિસ્સામાં પ્રતિક્રિયા હંમેશા હોય છે, એટલે કે. કોઈપણ પ્રારંભિક પરિસ્થિતિઓ હેઠળ (અમે, અલબત્ત, હવે પ્રમાણભૂત પરિસ્થિતિઓ વિશે વાત કરી રહ્યા નથી), આગળની દિશામાં અંત સુધી પસાર થાય છે.
સંપૂર્ણપણે સમાન રીતે, જો Δφ o< – 0,4 В, реакция всегда протекает до конца, но в обратном направлении.
આવી પ્રતિક્રિયાઓની દિશા અને સંપૂર્ણતા બદલો, એટલે કે. રાસાયણિક રીતે ઉલટાવી શકાય તેવી પ્રતિક્રિયાઓથી વિપરીત, તમામ ઇચ્છાઓ સાથે, તેમને નિયંત્રિત કરવું અશક્ય છે, જેના માટે< Δφ о < 0,4 В или –0,4 В < Δφ о < 0.

પ્રથમ કિસ્સામાં, પ્રમાણભૂત પરિસ્થિતિઓમાં, પ્રતિક્રિયા હંમેશા આગળની દિશામાં આગળ વધે છે. આનો અર્થ એ છે કે સમયની શરૂઆતની ક્ષણે પ્રતિક્રિયા ઉત્પાદનોની ગેરહાજરીમાં, પ્રતિક્રિયા વધુ (એટલે કે, હંમેશા પણ) આગળની દિશામાં આગળ વધશે, પરંતુ સંપૂર્ણ રીતે નહીં.
વધુ સંપૂર્ણ પ્રતિક્રિયાને પ્રોત્સાહન આપો વધારાનીએક અથવા વધુ રીએજન્ટ્સ અને પ્રતિક્રિયાના ક્ષેત્રમાંથી ખસી જવુંએક રીતે અથવા તેના ઉત્પાદનોની બીજી રીતે.
રાસાયણિક રિવર્સિબિલિટી હોવા છતાં આવી પ્રતિક્રિયાઓની એકદમ સંપૂર્ણ પૂર્ણતા પ્રાપ્ત કરવી ઘણીવાર શક્ય છે.
બીજી બાજુ, સામાન્ય રીતે એવી પરિસ્થિતિઓ બનાવવી પણ શક્ય છે કે જેના હેઠળ આવી પ્રતિક્રિયા વિરુદ્ધ દિશામાં આગળ વધશે. આ કરવા માટે, "રીએજન્ટ્સ" ની ઉચ્ચ સાંદ્રતા બનાવવી જરૂરી છે (હવે સુધી અમે તેમને ધ્યાનમાં લીધા છે ઉત્પાદનોપ્રતિક્રિયા), તેના "ઉત્પાદનો" ની ગેરહાજરીમાં પ્રતિક્રિયા શરૂ કરો (એટલે કે. રીએજન્ટ, સીધી પ્રતિક્રિયા દરમિયાન) અને પ્રતિક્રિયા દરમિયાન શક્ય તેટલું ઓછું તેમની સાંદ્રતા જાળવવાનો પ્રયાસ કરો.

એ જ રીતે, સામાન્ય શબ્દોમાં, આપણે Δφ o સાથે રાસાયણિક રીતે ઉલટાવી શકાય તેવા ORR ને ધ્યાનમાં લઈ શકીએ છીએ.< 0. Вместо этого обсудим возможности управления конкретной химической реакцией Cu (т) + 2H 2 SO 4 = CuSO 4 + SO 2(г) + 2H 2 O или в ионном виде: Cu (т) + 4H + + SO 4 2- = Cu 2+ + SO 2(г) + 2H 2 O с Δφ о = – 0,179 В. В стандартных условиях, когда концентрации ионов H + , SO 4 2- , Cu 2+ в водном растворе равны 1 моль/л, а давление SO 2 составляет 1 атм, эта реакция протекает в обратном направлении, т.е. диоксид серы восстанавливает катион Cu 2+ до порошка металлической меди.
ચાલો નોંધ લઈએ, સૌ પ્રથમ, અમે હજી સુધી કોઈપણ કેન્દ્રિત સલ્ફ્યુરિક એસિડ વિશે વાત કરી રહ્યા નથી.
બીજું, માત્ર સલ્ફ્યુરિક એસિડ અને કોપર સલ્ફેટનો ઉપયોગ કરીને પ્રમાણભૂત આયન સાંદ્રતા સાથે ઉકેલ બનાવવો અશક્ય છે, અને જો આપણે આ સમસ્યા (શા માટે?) ઉકેલવા માંગતા હોઈએ તો આપણે પદાર્થોના અન્ય સંયોજનોનો ઉપયોગ કરવો પડશે, ઉદાહરણ તરીકે, NaHSO 4 + CuCl. 2 અથવા HCl + CuSO 4, પ્રતિક્રિયા દરમિયાન ક્લોરાઇડ આયનોના સંભવિત પ્રભાવને અવગણવું.
SO 2 દબાણમાં વધારો અને H + અને SO 4 2- આયનોને પ્રતિક્રિયાના ગોળામાંથી દૂર કરીને તાંબાના ધનની ઘટાડાની પ્રતિક્રિયાને સરળ બનાવવામાં આવે છે (ઉદાહરણ તરીકે, જ્યારે Ba(OH) 2, Ca(OH) 2, વગેરે ઉમેરવામાં આવે છે. .).
આ કિસ્સામાં, તાંબાની પુનઃપ્રાપ્તિની ઉચ્ચ - લગભગ 100% - પૂર્ણતા પ્રાપ્ત કરી શકાય છે. બીજી બાજુ, સલ્ફ્યુરિક એસિડની સાંદ્રતામાં વધારો, પ્રતિક્રિયાના ક્ષેત્રમાંથી સલ્ફર ડાયોક્સાઈડ અને પાણીને દૂર કરવું અથવા બાદમાં અન્ય કોઈ રીતે બંધન કરવું એ સીધી પ્રતિક્રિયાની ઘટનામાં ફાળો આપે છે, અને પહેલાથી જ પ્રથમ પ્રયોગશાળાના કાર્ય દરમિયાન, વિદ્યાર્થીઓ સીધી પ્રતિક્રિયા કરી શકે છે. સલ્ફર ડાયોક્સાઇડના પ્રકાશન સાથે કેન્દ્રિત સલ્ફ્યુરિક એસિડ સાથે તાંબાની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનું અવલોકન કરો.
પ્રતિક્રિયા ફક્ત ઇન્ટરફેસ પર જ થતી હોવાથી, તેની ઝડપ ઓછી છે. આવી વિજાતીય (વધુ સ્પષ્ટ રીતે, હેટરોફાસિક) પ્રતિક્રિયાઓ જ્યારે ગરમ થાય ત્યારે હંમેશા વધુ સારી રીતે (ઝડપીના અર્થમાં) આગળ વધે છે. પ્રમાણભૂત વિભાવનાઓ પર તાપમાનની અસર ઓછી હોય છે અને સામાન્ય રીતે ધ્યાનમાં લેવામાં આવતી નથી. આમ, ઉલટાવી શકાય તેવું ORR આગળ અને વિપરીત બંને દિશામાં કરી શકાય છે. આ કારણોસર તેઓને ક્યારેક કહેવામાં આવે છે દ્વિપક્ષીય, અને આપણે સ્વીકારવું જોઈએ કે આ શબ્દ, જેનો કમનસીબે, વ્યાપક ઉપયોગ થયો નથી, તે વધુ સફળ છે, ખાસ કરીને કારણ કે તે વિભાવનાઓના સુસંગતતાને કારણે ઊભી થતી મુશ્કેલીઓને દૂર કરે છે જેમાં એકબીજા સાથે કંઈપણ સામ્ય નથી. રાસાયણિકઅને થર્મોડાયનેમિકરિવર્સિબિલિટી અને અપરિવર્તનક્ષમતા (વિદ્યાર્થી માટે તે સમજવું મુશ્કેલ છે કે સામાન્ય પરિસ્થિતિઓમાં કોઈપણ રાસાયણિક રીતે ઉલટાવી શકાય તેવી પ્રતિક્રિયા થર્મોડાયનેમિક રીતે ઉલટાવી ન શકાય તેવી રીતે આગળ વધે છે, પરંતુ આ સમજ્યા વિના રાસાયણિક થર્મોડાયનેમિક્સની ઘણી શાખાઓનો સાચો અર્થ તેના માટે લગભગ અગમ્ય છે).
ચાલો આપણે એ પણ નોંધીએ કે બંને દિશામાં, ઉલટાવી શકાય તેવું ORR અન્ય કોઈપણ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓની જેમ સ્વયંભૂ (અથવા, બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, થર્મોડાયનેમિકલી બદલી ન શકાય તેવું) આગળ વધે છે.
બિન-સ્વયંસ્ફુરિત OVR માત્ર વિદ્યુત વિચ્છેદન અથવા બેટરીના ચાર્જિંગ દરમિયાન થાય છે. તેથી, કદાચ પ્રતિક્રિયાઓના સ્વયંસ્ફુરિત કોર્સને એક અથવા બીજી દિશામાં પસાર કરવાનો ઉલ્લેખ ન કરવો તે વધુ યોગ્ય રહેશે, અને તેના બદલે સ્વયંસ્ફુરિત અને બિન-સ્વયંસ્ફુરિત પ્રક્રિયાઓની ખૂબ જ વિભાવનાઓ પર ઊંડાણપૂર્વક નજર નાખો.

આયનોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાં ગતિશીલ મુશ્કેલીઓ

પહેલેથી જ નોંધ્યું છે તેમ, સોલ્યુશનના સમગ્ર જથ્થામાં આયનોને સંડોવતા પ્રતિક્રિયાઓ લગભગ હંમેશા ખૂબ જ ઝડપથી આગળ વધે છે. જો કે, ત્યાં અપવાદો છે. આમ, આયર્ન(III) કેશન 6Fe 3+ + 2NH 4 + ≠ N 2 + 6Fe 2+ + 8H + સાથે એસિડિક વાતાવરણમાં એમોનિયમ કેશનની ઓક્સિડેશન પ્રતિક્રિયા થર્મોડાયનેમિકલી શક્ય છે (Δφ o = 0.499 V), પરંતુ હકીકત બનતી નથી.

કારણ ગતિ મુશ્કેલીઓઅહીં ઓક્સિડાઇઝિંગ અને રિડ્યુસિંગ કેશનનું કુલોમ્બ રિસ્પ્યુલશન છે, જે તેમને ઇલેક્ટ્રોનિક સંક્રમણ શક્ય હોય તેવા અંતરે એકબીજાની નજીક આવતા અટકાવે છે. સમાન કારણોસર (પરંતુ આયનોના કુલોમ્બ વિસર્જનને કારણે), એસિડિક માધ્યમમાં નાઈટ્રેટ આયન દ્વારા આયોડાઈડ આયનનું ઓક્સિડેશન થતું નથી, જો કે આ પ્રતિક્રિયા માટે Δφ o = 0.420 V.
જસત ઉમેર્યા પછી, સિસ્ટમમાં નાઈટ્રસ એસિડના તટસ્થ અણુઓ દેખાય છે, જે આયોડાઇડ આયનોના ઓક્સિડાઇઝિંગથી રોકાતા નથી.

ઇ

વિષય પર વ્યવહારુ પાઠ

"રેડોક્સ
પ્રતિક્રિયાઓ અને ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ
પ્રક્રિયાઓ"

"રસાયણશાસ્ત્ર" શિસ્તમાં

શૈક્ષણિક અને પદ્ધતિસરની માર્ગદર્શિકા

ચેરેપોવેટ્સ

"રસાયણશાસ્ત્ર": શૈક્ષણિક પદ્ધતિમાં "ઓક્સિડેશન-ઘટાડો પ્રતિક્રિયાઓ અને ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રક્રિયાઓ" વિષય પર પ્રાયોગિક વર્ગો. ભથ્થું ચેરેપોવેટ્સ: ઉચ્ચ વ્યાવસાયિક શિક્ષણની રાજ્ય શૈક્ષણિક સંસ્થા ChSU, 2005. 45 પૃષ્ઠ.

06/09/2004 ના મિનિટ નંબર 11, રસાયણશાસ્ત્ર વિભાગની બેઠકમાં વિચારણા કરવામાં આવી.

21 જૂન, 2004 ના પ્રોટોકોલ નંબર 6, ChSU ઓફ હાયર પ્રોફેશનલ એજ્યુકેશનની રાજ્ય શૈક્ષણિક સંસ્થાની ધાતુશાસ્ત્ર અને રસાયણશાસ્ત્રની સંસ્થાના સંપાદકીય અને પ્રકાશન કમિશન દ્વારા મંજૂર.

દ્વારા સંકલિત: ઓ.એ. કલ્કો - પીએચ.ડી. ટેક વિજ્ઞાન, સહયોગી પ્રોફેસર; એન.વી. કુનીના

સમીક્ષકો: T.A. ઓકુનેવા, સહયોગી પ્રોફેસર (GOU VPO ChSU);

જી.વી. કોઝલોવા, પીએચ.ડી. રસાયણ વિજ્ઞાન, સહયોગી પ્રોફેસર (GOU VPO ChSU)

વૈજ્ઞાનિક સંપાદક:જી.વી. કોઝલોવા - પીએચ.ડી. રસાયણ વિજ્ઞાન, એસોસિયેટ પ્રોફેસર

વિયેના યુનિવર્સિટી, 2005

પરિચય

માર્ગદર્શિકામાં સામાન્ય રસાયણશાસ્ત્ર અભ્યાસક્રમના "ઓક્સિડેશન-ઘટાડાની પ્રતિક્રિયાઓ અને ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રક્રિયાઓ" વિષય પર સંક્ષિપ્ત સૈદ્ધાંતિક માહિતી, સમસ્યા હલ કરવાના ઉદાહરણો અને પરીક્ષણ વિકલ્પોનો સમાવેશ થાય છે. શૈક્ષણિક માર્ગદર્શિકાની સામગ્રી રાસાયણિક અને ઇજનેરી વિશેષતાઓ માટે "રસાયણશાસ્ત્ર" શિસ્તના રાજ્ય ધોરણને અનુરૂપ છે.

રેડોક્સ પ્રતિક્રિયાઓ

પદાર્થોમાં તત્વોની ઓક્સિડેશન અવસ્થામાં ફેરફાર સાથે થતી પ્રતિક્રિયાઓને કહેવામાં આવે છે રેડોક્સ.

ઓક્સિડેશન સ્થિતિતત્વ (CO) એ રાસાયણિક સંયોજન અથવા આયનમાં આપેલ અણુ (નકારાત્મક CO) અથવા આપેલ અણુમાંથી અન્ય (ધન CO) માં વિસ્થાપિત ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા છે.

1. સાદા પદાર્થમાં તત્વનો CO શૂન્ય છે, ઉદાહરણ તરીકે: , .

2. આયનીય સંયોજનમાં મોનોટોમિક આયનના રૂપમાં તત્વનો CO એ આયનના ચાર્જ જેટલો હોય છે, ઉદાહરણ તરીકે: , , .

3. સહસંયોજક ધ્રુવીય બોન્ડ સાથેના સંયોજનોમાં, સૌથી વધુ ઇલેક્ટ્રોનેગેટિવિટી (EO) મૂલ્ય ધરાવતા અણુમાં નકારાત્મક CO હોય છે, અને નીચેના CO કેટલાક તત્વોની લાક્ષણિકતા છે:

- ફ્લોરિન માટે - "-1";

– ઓક્સિજન માટે – “-2”, પેરોક્સાઇડના અપવાદ સાથે, જ્યાં CO = -1, સુપરઓક્સાઇડ્સ (CO = -1/2), ઓઝોનાઇડ્સ (CO = -1/3) અને ОF 2 (CO = +2);

આલ્કલી અને આલ્કલાઇન પૃથ્વી ધાતુઓ માટે અનુક્રમે CO = +1 અને +2.

4. તટસ્થ પરમાણુમાં તમામ તત્વોના CO નો બીજગણિત સરવાળો શૂન્ય જેટલો હોય છે, અને આયનમાં - આયનનો ચાર્જ.

પદાર્થોના મોટાભાગના તત્વો ચલ CO પ્રદર્શિત કરે છે. ઉદાહરણ તરીકે, ચાલો વિવિધ પદાર્થોમાં નાઇટ્રોજનનું CO નિર્ધારિત કરીએ:

કોઈપણ રેડોક્સ પ્રતિક્રિયા (ORR) બે જોડી પ્રક્રિયાઓ ધરાવે છે:

1. ઓક્સિડેશનકણ દ્વારા ઇલેક્ટ્રોન દાનની પ્રક્રિયા છે, જે તત્વના CO માં વધારો તરફ દોરી જાય છે:

2. પુન: પ્રાપ્તિકણ દ્વારા ઇલેક્ટ્રોન સ્વીકારવાની પ્રક્રિયા છે, જે તત્વના CO માં ઘટાડા સાથે છે:

પદાર્થો કે જે ઓક્સિડેશન દરમિયાન તેમના ઇલેક્ટ્રોન છોડી દે છે તેને કહેવામાં આવે છે રિસ્ટોરર્સ, અને ઘટાડાની પ્રક્રિયા દરમિયાન ઇલેક્ટ્રોન સ્વીકારતા પદાર્થો છે ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટો. જો આપણે દ્વારા સૂચિત કરીએ છીએ ઓહપદાર્થનું ઓક્સિડાઇઝ્ડ સ્વરૂપ, અને મારફતે લાલ- પુનઃસ્થાપિત, પછી કોઈપણ ORR ને બે પ્રક્રિયાઓના સરવાળા તરીકે રજૂ કરી શકાય છે:

લાલ 1 – n ē® બળદ 1 (ઓક્સિડેશન);

બળદ 2 + n ē ® લાલ 2 (પુનઃપ્રાપ્તિ).

અણુઓના ચોક્કસ રેડોક્સ ગુણધર્મોનું અભિવ્યક્તિ ઘણા પરિબળો પર આધારિત છે, જેમાંથી સૌથી મહત્વપૂર્ણ છે સામયિક કોષ્ટકમાં તત્વની સ્થિતિ, પદાર્થમાં તેનો CO અને પ્રતિક્રિયામાં અન્ય સહભાગીઓ દ્વારા પ્રદર્શિત ગુણધર્મોની પ્રકૃતિ. તેમની રેડોક્સ પ્રવૃત્તિના આધારે, પદાર્થોને ત્રણ જૂથોમાં વહેંચી શકાય છે:

1. લાક્ષણિક ઘટાડતા એજન્ટો- આ એવા સરળ પદાર્થો છે કે જેમના અણુઓમાં ઓછા EO મૂલ્યો હોય છે (ઉદાહરણ તરીકે, ધાતુઓ, હાઇડ્રોજન, કાર્બન), તેમજ કણો કે જેમાં તેમના માટે ન્યૂનતમ (સૌથી ઓછી) ઓક્સિડેશન સ્થિતિમાં પરમાણુ હોય છે (ઉદાહરણ તરીકે, ક્લોરિન સંયોજન).

2. લાક્ષણિક ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટો- આ એવા સરળ પદાર્થો છે કે જેના પરમાણુ ઉચ્ચ EO (ઉદાહરણ તરીકે, ફ્લોરિન અને ઓક્સિજન), તેમજ ઉચ્ચતમ (મહત્તમ) CO (ઉદાહરણ તરીકે, સંયોજનમાં ક્રોમિયમ) માં પરમાણુ ધરાવતા કણો દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે.

3. રેડોક્સ ડ્યુઅલ પ્રોપર્ટીઝવાળા પદાર્થો- આ ઘણી બિન-ધાતુઓ છે (ઉદાહરણ તરીકે, સલ્ફર અને ફોસ્ફરસ), તેમજ મધ્યવર્તી CO માં તત્વો ધરાવતા પદાર્થો (ઉદાહરણ તરીકે, સંયોજનમાં મેંગેનીઝ).

પ્રતિક્રિયાઓ કે જેમાં ઓક્સિડાઇઝિંગ અને રિડ્યુસિંગ એજન્ટો વિવિધ પદાર્થો હોય છે તેને કહેવામાં આવે છે આંતરપરમાણુ. દાખ્લા તરીકે:

કેટલીક પ્રતિક્રિયાઓમાં, ઓક્સિડાઇઝિંગ અને રિડ્યુસિંગ એજન્ટો વિવિધ પ્રકૃતિના સમાન પરમાણુના અણુઓ છે જેમ કે ORR કહેવાય છે; ઇન્ટ્રામોલેક્યુલર, દાખ્લા તરીકે:

પ્રતિક્રિયાઓ કે જેમાં ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ અને રિડ્યુસિંગ એજન્ટ એ સમાન પદાર્થની રચનામાં સ્થિત એક જ તત્વના અણુ છે તેને કહેવામાં આવે છે. અપ્રમાણસર પ્રતિક્રિયાઓ(ઓટોક્સિડેશન-સ્વ-હીલિંગ), દાખ્લા તરીકે:

OVR સમીકરણોમાં ગુણાંક પસંદ કરવાની ઘણી રીતો છે, જેમાંથી સૌથી સામાન્ય છે ઇલેક્ટ્રોનિક સંતુલન પદ્ધતિઅને આયન-ઇલેક્ટ્રોનિક સમીકરણોની પદ્ધતિ(અન્યથા અર્ધ-પ્રતિક્રિયા પદ્ધતિ). બંને પદ્ધતિઓ બે સિદ્ધાંતોના અમલીકરણ પર આધારિત છે:

1. સિદ્ધાંત સામગ્રી સંતુલન- પ્રતિક્રિયા પહેલા અને પછીના તમામ તત્વોના અણુઓની સંખ્યા સમાન હોવી જોઈએ;

2. સિદ્ધાંત ઇલેક્ટ્રોનિક સંતુલન- ઘટાડનાર એજન્ટ દ્વારા દાનમાં આપવામાં આવેલ ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ દ્વારા સ્વીકૃત ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા જેટલી હોવી જોઈએ.

ઇલેક્ટ્રોનિક સંતુલન પદ્ધતિ સાર્વત્રિક છે, એટલે કે, તેનો ઉપયોગ કોઈપણ પરિસ્થિતિમાં થતા OVRને બરાબર કરવા માટે કરી શકાય છે. અર્ધ-પ્રતિક્રિયા પદ્ધતિ માત્ર ઉકેલોમાં થતી રેડોક્સ પ્રક્રિયાઓ માટે સમીકરણોનું સંકલન કરવા માટે લાગુ પડે છે. જો કે, ઇલેક્ટ્રોનિક સંતુલન પદ્ધતિની તુલનામાં તેના ઘણા ફાયદા છે. ખાસ કરીને, તેનો ઉપયોગ કરતી વખતે, તત્વોની ઓક્સિડેશન સ્થિતિઓ નક્કી કરવાની જરૂર નથી, વધુમાં, પર્યાવરણની ભૂમિકા અને ઉકેલમાં કણોની વાસ્તવિક સ્થિતિ ધ્યાનમાં લેવામાં આવે છે.

ઇલેક્ટ્રોનિક સંતુલન પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને પ્રતિક્રિયા સમીકરણોનું સંકલન કરવાના મુખ્ય તબક્કાઓનીચે મુજબ છે:

તે સ્પષ્ટ છે કે મેંગેનીઝ માટે CO બદલાય છે (ઘટે છે) અને આયર્ન (વધે છે). આમ, KMnO 4 એ ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ છે, અને FeSO 4 એ ઘટાડનાર એજન્ટ છે.

2. ઓક્સિડેશન અને ઘટાડાની અર્ધ-પ્રતિક્રિયાઓ લખો:

(પુન: પ્રાપ્તિ)

(ઓક્સિડેશન)

3. ઇલેક્ટ્રોનની સામે ગુણાંકને ગુણાંકના સ્વરૂપમાં સ્થાનાંતરિત કરીને, તેમને સ્વેપ કરીને પ્રાપ્ત અને આપેલ ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યાને સંતુલિત કરો:

½´ 1½´ 2

½´ 5½´ 10

જો ગુણાંક એકબીજાના ગુણાકાર હોય, તો તે દરેકને સૌથી સામાન્ય ગુણાંકથી વિભાજિત કરીને ઘટાડવો જોઈએ. જો ગુણાંક વિચિત્ર હોય, અને ઓછામાં ઓછા એક પદાર્થના સૂત્રમાં અણુઓની સમાન સંખ્યા હોય, તો ગુણાંક બમણા થવા જોઈએ.

તેથી, વિચારણા હેઠળના ઉદાહરણમાં, ઇલેક્ટ્રોનની સામેના ગુણાંક વિષમ છે (1 અને 5), અને સૂત્ર Fe 2 (SO 4) 3 માં બે આયર્ન અણુઓ છે, તેથી આપણે ગુણાંકને બમણા કરીએ છીએ.

4. ઇલેક્ટ્રોનિક બેલેન્સની કુલ પ્રતિક્રિયા રેકોર્ડ કરો. આ કિસ્સામાં, પ્રાપ્ત અને આપેલ ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા સમાન હોવી જોઈએ અને સમાનતાના આ તબક્કે ઘટવા જોઈએ.

5. પ્રતિક્રિયાના પરમાણુ સમીકરણમાં ગુણાંક ગોઠવો અને ખૂટતા પદાર્થો ઉમેરો. આ કિસ્સામાં, પદાર્થોના ગુણાંક કે જેમાં CO બદલાયેલ તત્વોના અણુઓ હોય છે તે કુલ ઇલેક્ટ્રોન સંતુલન પ્રતિક્રિયામાંથી લેવામાં આવે છે, અને બાકીના તત્વોના પરમાણુ સામાન્ય રીતે સમાન થાય છે, નીચેના ક્રમનું અવલોકન કરે છે:

- ધાતુના અણુઓ;

- બિન-ધાતુના અણુઓ (ઓક્સિજન અને હાઇડ્રોજન સિવાય);

- હાઇડ્રોજન અણુઓ;

- ઓક્સિજન અણુઓ.

આ ઉદાહરણ માટે

2KMnO 4 + 10FeSO 4 + 8H 2 SO 4 =
= 2MnSO 4 + 5Fe 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + 8H 2 O.

જ્યારે આયન-ઇલેક્ટ્રોનિક સમીકરણોની પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને પ્રતિક્રિયાઓની સમાનતા કરવામાં આવે છેક્રિયાઓના નીચેના ક્રમને અનુસરો:

1. પ્રતિક્રિયા યોજના લખો, CO તત્વો નક્કી કરો, ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ અને ઘટાડનાર એજન્ટને ઓળખો. દાખ્લા તરીકે:

ક્રોમિયમ માટે CO બદલાય છે (ઘટે છે) અને આયર્ન માટે (વધે છે). આમ, K 2 Cr 2 O 7 એ ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ છે, અને Fe એ ઘટાડનાર એજન્ટ છે.

2. પ્રતિક્રિયાની આયનીય યોજના લખો. આ કિસ્સામાં, મજબૂત ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ આયનોના સ્વરૂપમાં લખવામાં આવે છે, અને નબળા ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ, અદ્રાવ્ય અને સહેજ દ્રાવ્ય પદાર્થો, તેમજ વાયુઓ પરમાણુ સ્વરૂપમાં બાકી રહે છે. વિચારણા હેઠળ પ્રક્રિયા માટે

K + + Cr 2 O + Fe + H + + SO ® Cr 3+ + SO + Fe 2+ + H 2 O

3. આયનીય અર્ધ-પ્રતિક્રિયાઓ માટે સમીકરણો બનાવો. આ કરવા માટે, પ્રથમ તત્વોના અણુઓ ધરાવતા કણોની સંખ્યાને સમાન કરો કે જેણે તેમના CO બદલ્યા છે:

a) એસિડિક વાતાવરણમાં H 2 O અને (અથવા) H +;

b) તટસ્થ વાતાવરણમાં H 2 O અને H + (અથવા H 2 O અને OH -);

c) આલ્કલાઇન માધ્યમમાં H 2 O અને (અથવા) OH - .

Cr 2 O + 14H + ® 2Cr 3+ + 7H 2 O

પછી ચોક્કસ સંખ્યામાં ઇલેક્ટ્રોન ઉમેરીને અથવા બાદબાકી કરીને ચાર્જ સમાન કરવામાં આવે છે:

12+ + 6 ē ® 6+

ફે 0 - 2 ē ® ફે 2+

4. ઈલેક્ટ્રોનિક બેલેન્સ પદ્ધતિમાં વર્ણવ્યા પ્રમાણે પ્રાપ્ત અને આપેલ ઈલેક્ટ્રોનની સંખ્યાને સંતુલિત કરો

12+ + 6 ē ® 6+ ½´2½´1

ફે 0 - 2 ē ® ફે 2+ ½´6½´3

5. આયન-ઇલેક્ટ્રોન સંતુલનની કુલ પ્રતિક્રિયા રેકોર્ડ કરો:

Cr 2 O + 14H + + 6 ē + 3Fe – 6 ē ® 2Cr 3+ + 7H 2 O + 3Fe 2+

6. પ્રતિક્રિયાના પરમાણુ સમીકરણમાં ગુણાંક ગોઠવો:

K 2 Cr 2 O 7 + 3Fe + 7H 2 SO 4 = Cr 2 (SO 4) 3 + 3FeSO 4 + K 2 SO 4 + 7H 2 O

દાઢ સમકક્ષ સમૂહની ગણતરી એમઇ ORR માં ઓક્સિડાઇઝર અથવા રીડ્યુસર ફોર્મ્યુલા અનુસાર હાથ ધરવામાં આવવું જોઈએ

એમ E = , (1)

જ્યાં એમ- પદાર્થનો દાઢ સમૂહ, g/mol; એન ē- ઓક્સિડેશન અથવા ઘટાડાની પ્રક્રિયામાં સામેલ ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા.

ઉદાહરણ: આયન-ઇલેક્ટ્રોન સંતુલન પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને પ્રતિક્રિયાને સમાન બનાવો, ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ અને ઘટાડતા એજન્ટના દાઢ સમકક્ષ સમૂહની ગણતરી કરો

As 2 S 3 + HNO 3 ® H 3 AsO 4 + H 2 SO 4 + NO

ઉકેલ

અમે તત્વોની ઓક્સિડેશન સ્થિતિ નક્કી કરીએ છીએ, ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ અને રિડ્યુસિંગ એજન્ટને ઓળખીએ છીએ

આ પ્રક્રિયામાં, ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ HNO 3 છે, ઘટાડનાર એજન્ટ એ 2 S 3 છે.

આયનીય પ્રતિક્રિયા યોજના બનાવવી

As 2 S 3 ¯ + H + + NO ® H + + AsO + SO + NO

અમે આયન-ઇલેક્ટ્રોનિક અર્ધ-પ્રતિક્રિયાઓ લખીએ છીએ અને પ્રાપ્ત કરેલ અને અપાયેલા ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યાને સંતુલિત કરીએ છીએ:

0 – 28ē ® 28+ ½´3

3+ + 3ē ® 0 ½´28

અમે અર્ધ-પ્રતિક્રિયાઓ ઉમેરીએ છીએ અને એકંદર યોજનાને સરળ બનાવીએ છીએ:

3As 2 S 3 + 60H 2 O + 28NO + 112H + ®
® 6AsO + 9SO + 120H + + 28NO + 56H 2 O

3As 2 S 3 + 4H 2 O + 28NO ® 6AsO + 9SO + 8H + + 28NO

અમે ગુણાંકને પરમાણુ સમીકરણમાં સ્થાનાંતરિત કરીએ છીએ અને દરેક તત્વના અણુઓની સંખ્યાને સમાન કરીએ છીએ:

3As 2 S 3 + 28HNO 3 + 4H 2 O = 6H 3 AsO 4 + 9H 2 SO 4 + 28NO

અમે ફોર્મ્યુલા (1) નો ઉપયોગ કરીને ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ અને રિડ્યુસિંગ એજન્ટના દાઢ સમકક્ષ સમૂહની ગણતરી કરીએ છીએ:

એમ uh, ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ = g/mol;

એમ uh, ઘટાડનાર એજન્ટ = g/mol

મલ્ટી-ચોઈસ ટાસ્ક નંબર 1

વિકલ્પોમાંથી એક અનુસાર, આયન-ઇલેક્ટ્રોનિક સમીકરણોની પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને ORR ને બરાબર કરો. પ્રતિક્રિયાનો પ્રકાર નક્કી કરો અને ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ અને રિડ્યુસિંગ એજન્ટના દાઢ સમકક્ષ સમૂહની ગણતરી કરો:

1. Zn + HNO 3 = Zn(NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + H 2 O

2. FeSO 4 + KClO 3 + H 2 SO 4 = Fe 2 (SO 4) 3 + KCl + H 2 O

3. Al + Na 2 MoO 4 + HCl = MoCl 3 + AlCl 3 + NaCl + H 2 O

4. Sb 2 O 3 + HBrO 3 = Sb 2 O 5 + HBr

5. Fe + HNO 3 = Fe(NO 3) 3 + NO + H 2 O

6. Fe + HNO 3 = Fe(NO 3) 2 + NO 2 + H 2 O

7. Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2 S + H 2 O

8. Zn + HNO 3 = Zn(NO 3) 2 + NO + H 2 O

9. C + H 2 SO 4 = CO + SO 2 + H 2 O

10. P + HNO 3 + H 2 O = H 3 PO 4 + NO

11. Pb + PbO 2 + H 2 SO 4 = PbSO 4 + H 2 O

12. Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + SO 2 + H 2 O

13. C + HNO 3 = CO 2 + NO + H 2 O

14. Na 2 S + HNO 3 = S + NaNO 3 + NO + H 2 O

15. KMnO 4 + HCl = MnCl 2 + Cl 2 + KCl + H 2 O

16. KIO 3 + KI + H 2 SO 4 = I 2 + K 2 SO 4 + H 2 O

17. S + HNO 3 = H 2 SO 4 + NO 2 + H 2 O

18. Al + H 2 SO 4 = Al 2 (SO 4) 3 + SO 2 + H 2 O

19. FeSO 4 + K 2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 = Fe 2 (SO 4) 3 + Cr 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + + H 2 O

20. K 2 Cr 2 O 7 + HCl = CrCl 3 + Cl 2 + KCl + H 2 O

21. Zn + HNO 3 = Zn(NO 3) 2 + N 2 O + H 2 O

22. K 2 SO 3 + Br 2 + H 2 O = K 2 SO 4 + HBr

23. K 2 Cr 2 O 7 + KI + H 2 SO 4 = Cr 2 (SO 4) 3 + I 2 + K 2 SO 4 + H 2 O

24. Zn + H 3 AsO 3 + HCl = AsH 3 + ZnCl 2 + H 2 O

25. HI + H 2 SO 4 = I 2 + H 2 S + H 2 O

26. Cr 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + I 2 + H 2 O = K 2 Cr 2 O 7 + KI + H 2 SO 4

27. MnO 2 + KBr + H 2 SO 4 = Br 2 + MnSO 4 + H 2 O

28. HClO + FeSO 4 + H 2 SO 4 = Fe 2 (SO 4) 3 + Cl 2 + H 2 O

29. KMnO 4 + K 2 S + H 2 SO 4 = S + MnSO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O

30. CuCl + K 2 Cr 2 O 7 + HCl = CuCl 2 + CrCl 3 + KCl + H 2 O

OVR પ્રવાહની દિશા

કોઈપણ રાસાયણિક પ્રક્રિયાની જેમ આઈસોબેરિક-આઈસોથર્મલ પરિસ્થિતિઓમાં ORR ની સ્વયંસ્ફુરિત ઘટનાની શક્યતા અને સંપૂર્ણતાનું મૂલ્યાંકન સિસ્ટમ ડીની ગિબ્સ મુક્ત ઊર્જામાં ફેરફારના સંકેત દ્વારા કરી શકાય છે. જીપ્રક્રિયા દરમિયાન. સ્વયંભૂ જ્યારે P, T = =કોન્સ્ટ પ્રતિક્રિયાઓ આગળની દિશામાં થઈ શકે છે જેના માટે D જી < 0.

રેડોક્સ પ્રક્રિયાના ગિબ્સ ઊર્જામાં ફેરફાર એ સિસ્ટમ દ્વારા ઇલેક્ટ્રોનને રિડ્યુસિંગ એજન્ટમાંથી ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ તરફ ખસેડવા માટે કરવામાં આવતા વિદ્યુત કાર્યની સમાન છે, એટલે કે

જ્યાં ડી ઇ- રેડોક્સ પ્રક્રિયાના EMF, V; એફ- ફેરાડે કોન્સ્ટન્ટ ( એફ= 96,485 » 96,500 C/mol); n ē- આ પ્રક્રિયામાં ભાગ લેતા ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા.

સમીકરણ (2) થી તે અનુસરે છે કે આગળની દિશામાં રેડોક્સ પ્રતિક્રિયાની સ્વયંસ્ફુરિત ઘટના માટેની સ્થિતિ એ રેડોક્સ પ્રક્રિયાના ઇએમએફનું હકારાત્મક મૂલ્ય છે (D ઇ> 0). પ્રમાણભૂત શરતો હેઠળ ORR ના EMF ની ગણતરી સમીકરણ અનુસાર થવી જોઈએ

સિસ્ટમોની પ્રમાણભૂત રેડોક્સ સંભવિતતા ક્યાં છે. તેમના મૂલ્યો પ્રાયોગિક રીતે નક્કી કરવામાં આવે છે અને સંદર્ભ સાહિત્યમાં આપવામાં આવે છે (કેટલીક સિસ્ટમો માટે, રેડોક્સ સંભવિતતા પરિશિષ્ટના કોષ્ટક 1 માં આપવામાં આવે છે).

ઉદાહરણ 1. ORR ના પ્રવાહની દિશા નક્કી કરો, જેની આયનીય યોજના નીચે મુજબ છે:

Fe 3+ + Cl - « Fe 2+ + Cl 2

ઉકેલ

આ પ્રક્રિયામાં, Fe 3+ આયન એ ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ છે, અને Cl – આયન એ ઘટાડનાર એજન્ટ છે. કોષ્ટકમાં 1 એપ્લિકેશન અમે અર્ધ-પ્રતિક્રિયાઓની સંભવિતતા શોધીએ છીએ:

ફે 3+ + 1 ē = Fe 2+, ઇ= 0.77 વી;

Cl2+2 ē = 2Cl - , ઇ= 1.36 વી.

ફોર્મ્યુલા (3) નો ઉપયોગ કરીને અમે EMF ની ગણતરી કરીએ છીએ:

ડી નું મૂલ્ય હોવાથી ઇ 0 < 0, то реакция идет самопроизвольно в обратном направлении.

ઉદાહરણ 2. શું FeCl 3 નો ઉપયોગ કરીને H 2 S ને એલિમેન્ટલ સલ્ફરમાં ઓક્સિડાઇઝ કરવું શક્ય છે?

ઉકેલ

ચાલો આયનીય પ્રતિક્રિયા યોજના બનાવીએ:

Fe 3+ + H 2 S ® Fe 2+ + S + H +

આ પ્રક્રિયામાં Fe 3+ આયન ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ તરીકે કાર્ય કરે છે, અને H 2 S પરમાણુ ઘટાડનાર એજન્ટ તરીકે કાર્ય કરે છે.

અમે અનુરૂપ અર્ધ-પ્રતિક્રિયાઓની રેડોક્સ સંભવિતતા શોધીએ છીએ: ઇ= 0.77 વી; ઇ= 0.17 વી.

ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટની સંભવિતતા ઘટાડતા એજન્ટની સંભવિતતા કરતા વધારે છે તેથી, આયર્ન (III) ક્લોરાઇડનો ઉપયોગ કરીને હાઇડ્રોજન સલ્ફાઇડનું ઓક્સિડાઇઝેશન કરી શકાય છે.

મલ્ટી-ચોઈસ ટાસ્ક નંબર 2

આયન-ઇલેક્ટ્રોનિક સમીકરણોની પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને રેડોક્સ પ્રતિક્રિયાઓમાંથી એકને સંતુલિત કરો. પ્રમાણભૂત રેડોક્સ પોટેન્શિયલ્સના કોષ્ટકનો ઉપયોગ કરીને, emf અને Dની ગણતરી કરો જીપ્રતિક્રિયા, અને આ ORR ની ઘટનાની દિશા પણ સૂચવે છે:

1. CuS + H 2 O 2 + HCl = CuCl 2 + S + H 2 O

2. HIO 3 + H 2 O 2 = I 2 + O 2 + H 2 O

3. I 2 + H 2 O 2 = HIO 3 + H 2 O

4. Cr 2 (SO 4) 3 + Br 2 + NaOH = Na 2 CrO 4 + NaBr + Na 2 SO 4 + H 2 O

5. H 2 S + Cl 2 + H 2 O = H 2 SO 4 + HCl

6. I 2 + NaOH = NaI + NaIO + H 2 O

7. Na 2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 + Na 2 SO 3 = Cr 2 (SO 4) 3 + Na 2 SO 4 + H 2 O

8. H 2 S + SO 2 = S + H 2 O

9. I 2 + NaOH = NaI + NaIO 3 + H 2 O

10. MnCO 3 + KClO 3 = MnO 2 + KCl + CO 2

11. Na 2 S + O 2 + H 2 O = S + NaOH

12. PbO 2 + HNO 3 + H 2 O 2 = Pb(NO 3) 2 + O 2 + H 2 O

13. P + H 2 O + AgNO 3 = H 3 PO 4 + Ag + HNO 3

14. P + HNO 3 = H 3 PO 4 + NO 2 + H 2 O

15. HNO 2 + H 2 O 2 = HNO 3 + H 2 O

16. Bi(NO 3) 3 + NaClO + NaOH = NaBiO 3 + NaNO 3 + NaCl + H 2 O

17. KMnO 4 + HBr + H 2 SO 4 = MnSO 4 + HBrO + K 2 SO 4 + H 2 O

18. H 2 SO 3 + H 2 S = S + SO 2 + H 2 O

19. NaCrO 2 + PbO 2 + NaOH = Na 2 CrO 4 + Na 2 PbO 2 + H 2 O

20. NaSeO 3 + KNO 3 = Na 2 SeO 4 + KNO 2

21. KMnO 4 + KOH = K 2 MnO 4 + O 2 + H 2 O

22. Pb + NaOH + H 2 O = Na 2 + H 2

23. PbO 2 + HNO 3 + Mn (NO 3) 2 = Pb (NO 3) 2 + HMnO 4 + H 2 O

24. MnO 2 K + 2 SO 4 + KOH = KMnO 4 + K 2 SO 3 + H 2 O

25. NO + H 2 O + HClO = HNO 3 + HCl

26. NO + H 2 SO 4 + CrO 3 = HNO 3 + Cr 2 (SO 4) 3 + H 2 O

27. MnCl 2 + KBrO 3 + KOH = MnO 2 + KBr + KCl + H 2 O

28. Cl 2 + KOH = KClO + KCl + H 2 O

29. CrCl 3 + NaClO + NaOH = Na 2 CrO 4 + NaCl + H 2 O

30. H 3 PO 4 + HI = H 3 PO 3 + I 2 + H 2 O

ગેલ્વેનિક કોષો

રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાની ઊર્જાને વિદ્યુત ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરવાની પ્રક્રિયાઓ કાર્યનો આધાર છે રાસાયણિક વર્તમાન સ્ત્રોતો(હિટ). HCI માં ગેલ્વેનિક કોષો, બેટરીઓ અને બળતણ કોષોનો સમાવેશ થાય છે.

ગેલ્વેનિક કોષરાસાયણિક પ્રતિક્રિયાની ઊર્જાને વિદ્યુતમાં સીધી રીતે રૂપાંતરિત કરવા માટેનું એક ઉપકરણ છે, જેમાં રીએજન્ટ્સ (ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ અને રિડ્યુસિંગ એજન્ટ) તત્વની રચનામાં સીધા જ સમાવિષ્ટ થાય છે અને તેની કામગીરી દરમિયાન તેનો વપરાશ થાય છે. રીએજન્ટ્સનો વપરાશ કર્યા પછી, તત્વ હવે કામ કરી શકશે નહીં, એટલે કે, તે એક વખતની એચઆઈટી છે.

જો ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ અને રિડ્યુસિંગ એજન્ટને કોષની બહાર સંગ્રહિત કરવામાં આવે છે અને તેના ઓપરેશન દરમિયાન ઇલેક્ટ્રોડને પૂરા પાડવામાં આવે છે જેનો વપરાશ થતો નથી, તો આવા કોષ લાંબા સમય સુધી કાર્ય કરી શકે છે અને તેને કહેવામાં આવે છે. બળતણ કોષ.

બેટરીઓનું સંચાલન ઉલટાવી શકાય તેવા OVR પર આધારિત છે. બાહ્ય વર્તમાન સ્ત્રોતના પ્રભાવ હેઠળ, ORR વિરુદ્ધ દિશામાં વહે છે, જ્યારે ઉપકરણ રાસાયણિક ઊર્જા એકઠા કરે છે (સંચિત કરે છે). આ પ્રક્રિયા કહેવામાં આવે છે બેટરી ચાર્જ. બેટરી પછી સંગ્રહિત રાસાયણિક ઊર્જાને વિદ્યુત ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરી શકે છે (એક પ્રક્રિયા બેટરી ડિસ્ચાર્જ). બેટરીને ચાર્જ કરવાની અને ડિસ્ચાર્જ કરવાની પ્રક્રિયાઓ વારંવાર હાથ ધરવામાં આવે છે, એટલે કે, તે ફરીથી વાપરી શકાય તેવી HIT છે.

ગેલ્વેનિક કોષમાં મેટલ વાહક દ્વારા એકબીજા સાથે જોડાયેલા બે અર્ધ-કોષો (રેડોક્સ સિસ્ટમ્સ) નો સમાવેશ થાય છે. અર્ધ-તત્વ (ઉર્ફ ઇલેક્ટ્રોડ) મોટાભાગે આયનો ધરાવતા દ્રાવણમાં મૂકવામાં આવતી ધાતુ હોય છે જેને ઘટાડી શકાય છે અથવા ઓક્સિડાઇઝ કરી શકાય છે. દરેક ઇલેક્ટ્રોડ ચોક્કસ મૂલ્ય દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે શરતી ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિત ઇ, જે પ્રમાણભૂત પરિસ્થિતિઓમાં સંભવિતની તુલનામાં પ્રાયોગિક રીતે નક્કી કરવામાં આવે છે પ્રમાણભૂત હાઇડ્રોજન ઇલેક્ટ્રોડ(SVE).

SHE એ ગેસ ઇલેક્ટ્રોડ છે જેમાં હાઇડ્રોજન ગેસના સંપર્કમાં પ્લેટિનમનો સમાવેશ થાય છે ( આર= 1 એટીએમ) અને એક ઉકેલ જેમાં હાઇડ્રોજન આયનોની પ્રવૃત્તિ એ= 1 mol/dm3. હાઇડ્રોજન ઇલેક્ટ્રોડમાં સંતુલન સમીકરણ દ્વારા પ્રતિબિંબિત થાય છે

મેટલ ઇલેક્ટ્રોડ્સની સંભવિતતાની ગણતરી કરતી વખતે, ધાતુના આયનોની પ્રવૃત્તિ તેમના દાઢ સાંદ્રતાની લગભગ સમાન ગણી શકાય. એ» [હું n + ];

2) હાઇડ્રોજન ઇલેક્ટ્રોડ માટે

જ્યાં pH એ પાણીનું pH મૂલ્ય છે.

ગેલ્વેનિક કોષમાં, ઓછા સંભવિત મૂલ્ય ધરાવતા ઇલેક્ટ્રોડને કહેવામાં આવે છે એનોડઅને "-" ચિહ્ન દ્વારા સૂચવવામાં આવે છે. એનોડ પર, ઘટાડતા એજન્ટ કણોનું ઓક્સિડેશન થાય છે. ઉચ્ચ ક્ષમતાવાળા ઇલેક્ટ્રોડને કહેવામાં આવે છે કેથોડઅને "+" ચિહ્ન દ્વારા સૂચવવામાં આવે છે. કેથોડ પર, ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ કણોમાં ઘટાડો થાય છે. રિડ્યુસિંગ એજન્ટમાંથી ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટમાં ઇલેક્ટ્રોનનું ટ્રાન્સફર મેટલ કન્ડક્ટર દ્વારા થાય છે. બાહ્ય સર્કિટ. ગેલ્વેનિક સેલની કામગીરી અંતર્ગત ORR કહેવામાં આવે છે વર્તમાન પેદા કરતી પ્રતિક્રિયા.

તત્વની કામગીરીની મુખ્ય લાક્ષણિકતા તેનું emf D છે ઇ, જે કેથોડ અને એનોડ પોટેન્શિયલ વચ્ચેના તફાવત તરીકે ગણવામાં આવે છે

ડી ઇ = ઇકેથોડ - ઇએનોડ (6)

કેથોડ પોટેન્શિયલ હંમેશા એનોડ પોટેન્શિયલ કરતા વધારે હોવાથી, તે ફોર્મ્યુલા (6) પરથી અનુસરે છે કે કાર્યશીલ ગેલ્વેનિક સેલમાં D ઇ > 0.

ગેલ્વેનિક કોષો સામાન્ય રીતે આકૃતિઓના સ્વરૂપમાં લખવામાં આવે છે જેમાં એક ઊભી રેખા તબક્કાની સીમા (મેટલ - સોલ્યુશન) દર્શાવે છે, અને બે ઊભી રેખાઓ બે ઉકેલો વચ્ચેની સીમા દર્શાવે છે. વ્યવહારમાં, ઉકેલો વચ્ચે વિદ્યુત સંપર્ક દ્વારા ખાતરી કરવામાં આવે છે મીઠું પુલ- ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સોલ્યુશન સાથે યુ-આકારની ટ્યુબ.

ઉદાહરણ 1. જો દ્રાવણમાં Ni 2+ આયનોની સાંદ્રતા 0.02 N હોય તો નિકલ ઇલેક્ટ્રોડની સંભવિતતા નક્કી કરો.

ઉકેલ

અમે ઉકેલમાં નિકલ આયનોની દાઢ સાંદ્રતા નક્કી કરીએ છીએ:

= mol/dm 3,

જ્યાં z= 2 – Ni 2+ આયનોની સમકક્ષ સંખ્યા.

ઇ= - 0.250 V. સૂત્ર (4) નો ઉપયોગ કરીને, અમે નિકલ ઇલેક્ટ્રોડની સંભવિત ગણતરી કરીએ છીએ

ઉદાહરણ 2. જો આ દ્રાવણમાં મૂકવામાં આવેલા હાઇડ્રોજન ઇલેક્ટ્રોડની સંભવિતતા -0.786 V હોય તો ઉકેલમાં OH - આયનોની સાંદ્રતા નક્કી કરો.

ઉકેલ

સૂત્ર (5) થી આપણે ઉકેલનું pH નક્કી કરીએ છીએ:

પછી પાણીનો હાઇડ્રોક્સિલ ઇન્ડેક્સ બરાબર છે

આર OH = 14 – આર N = 14 – 13.32 = 0.68.

તેથી OH આયનોની સાંદ્રતા બરાબર છે

Mol/dm3.

ઉદાહરણ 3. ડાયાગ્રામ બનાવો, ઇલેક્ટ્રોડ પ્રક્રિયાઓના સમીકરણો લખો અને અનુક્રમે 0.1 M અને 0.05 M ની સમાન Pb 2+ અને Cu 2+ આયનોની સાંદ્રતા સાથે ઉકેલોમાં ડૂબેલા લીડ અને કોપર ઇલેક્ટ્રોડથી બનેલા ગેલ્વેનિક સેલના EMF ની ગણતરી કરો. .

ઉકેલ

ટેબલ પરથી 2 એપ્લિકેશન પસંદ કરો ઇઆ ધાતુઓમાંથી 0 અને સૂત્ર (5) નો ઉપયોગ કરીને અમે તેમની સંભવિતતાઓની ગણતરી કરીએ છીએ:

કોપર ઇલેક્ટ્રોડની સંભવિતતા લીડ ઇલેક્ટ્રોડની સંભવિતતા કરતા વધારે છે, જેનો અર્થ છે કે Pb એ એનોડ છે, અને Cu એ કેથોડ છે. પરિણામે, તત્વમાં નીચેની પ્રક્રિયાઓ થાય છે:

એનોડ પર: Pb – 2 ® Pb 2+ ;

કેથોડ પર: Cu 2+ + 2 ® Cu;

વર્તમાન-જનરેટિંગ પ્રતિક્રિયા: Pb + Cu 2+ = Pb 2+ + Cu;

તત્વ રેખાકૃતિ: (-) Pb½Pb 2+ ½Cu 2+ ½Cu (+).

ફોર્મ્યુલા (6) નો ઉપયોગ કરીને, અમે આપેલ ગેલ્વેનિક સેલનું EMF નક્કી કરીએ છીએ:

ડી ઇ= 0.298 – (-0.156) = 0.454 વી.

મલ્ટી-ચોઈસ ટાસ્ક નંબર 3

ડાયાગ્રામ બનાવો, ઇલેક્ટ્રોડ પ્રક્રિયાઓ માટે સમીકરણો લખો અને ધાતુના આયનોની દર્શાવેલ સાંદ્રતા (કોષ્ટક 1) સાથે ઉકેલોમાં ડૂબેલા પ્રથમ અને બીજા ધાતુઓથી બનેલા ગેલ્વેનિક સેલના ઇએમએફની ગણતરી કરો. ડીની ગણતરી કરો જીવર્તમાન રચના પ્રતિક્રિયા.

કોષ્ટક 1

મલ્ટિવેરિયેટ કાર્ય નંબર 3 માટે પ્રારંભિક ડેટાનું કોષ્ટક

પ્રમાણભૂત પરિસ્થિતિઓમાં ORR ની સ્વયંસ્ફુરિત ઘટનાની શક્યતા સ્થાપિત કરવા માટે, EMF ની ગણતરી કરવા ઉપરાંત, તમે આ પ્રતિક્રિયા માટે ∆G 0 298 ના નિર્ધારણનો ઉપયોગ કરી શકો છો. ∆G 0 298 નું નકારાત્મક મૂલ્ય, તેમજ emf નું હકારાત્મક મૂલ્ય, સૂચવે છે કે 298 K પર પ્રમાણભૂત પરિસ્થિતિઓમાં આ પ્રતિક્રિયા બહારથી ઉર્જા સપ્લાય કર્યા વિના, સ્વયંભૂ થઈ શકે છે.

p = const અને V = const ની શરતો હેઠળ OVR ના ઉલટાવી શકાય તેવા અમલીકરણ સાથે, ગિબ્સની ઊર્જામાં ફેરફાર સિસ્ટમ દ્વારા કરવામાં આવતા વિદ્યુત કાર્ય Ael જેટલો હશે.

∆જી 0 = - એએલ.

OB જોડીના સંભવિતની ગણતરી નેરિસ્ટ સમીકરણનો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવે છે, જેને આ રીતે રજૂ કરી શકાય છે

E=E 0 + 0.059 એક ઓક્સિડ.

પુનઃપ્રાપ્તિ

EMF = E 0 ઓક્સિડ. - ઇ 0 રીસ્ટોર ; સંદર્ભમાંથી. / ચાલુ થી. = 1/K

સંતુલનની સ્થિતિમાં, રિએક્ટન્ટ્સ અને ઉત્પાદનોની પ્રવૃત્તિઓ સમાન મૂલ્યો પ્રાપ્ત કરશે અને emf શૂન્યની બરાબર થઈ જશે, અને અભિવ્યક્તિ લઘુગણક 1/K ની નિશાની હેઠળ હશે, પછી ln1/K = ln1 - lnK; ln1=0

O = ΔE 0 +(R T/ n F) ln

ΔE 0 - (R T/n F) lnK

અથવા +n ∙ F Δ E 0 = RT lnK

- n · F · ΔE 0 = Δ G

થર્મોડાયનેમિક્સના II કાયદા અનુસાર, ફક્ત પ્રક્રિયાઓ જે સ્વયંભૂ થાય છે Δ જી<0, то реакция ОВР идет слева направо, только если ЭДС>0.

ΔGp = -RT lnK = -nF ΔE 0

જો મજબૂત ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ મજબૂત ઘટાડતા એજન્ટ સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે, તો એક-માર્ગી પ્રક્રિયા થાય છે. તે વ્યવહારીક રીતે અંત સુધી વહે છે, કારણ કે... તેના ઉત્પાદનો સામાન્ય રીતે નબળા અભિવ્યક્ત રેડોક્સ ગુણધર્મોવાળા સંયોજનો હોય છે. જો પ્રારંભિક પદાર્થો અને પ્રતિક્રિયા ઉત્પાદનોની રેડોક્સ પ્રવૃત્તિમાં થોડો તફાવત હોય, તો પ્રક્રિયા બે-માર્ગી છે. પ્રક્રિયાઓની દિશાનું જથ્થાત્મક મૂલ્યાંકન કરવા માટે, રીએજન્ટ્સ અને પ્રતિક્રિયા ઉત્પાદનોના G 0 મૂલ્યોનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, અને t = 25 0 C, 101 kPa પર પાતળા જલીય દ્રાવણમાં બનતા ORR ના વિશેષ કેસ માટે, ના મૂલ્યો સામાન્ય ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિતોનો ઉપયોગ કરી શકાય છે.

અનુરૂપ પ્રણાલીઓના ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિતતાઓની તુલના કરીને, ORR કઈ દિશામાં આગળ વધશે તે અગાઉથી નક્કી કરવું શક્ય છે.

ધોરણ e.m.f. ગેલ્વેનિક કોષનો E 0 એ સંબંધ દ્વારા પ્રતિક્રિયા તત્વમાં બનતી પ્રમાણભૂત ગિબ્સ ઊર્જા ∆ G 0 સાથે સંબંધિત છે.

∆G 0 =-nF· ∆E 0

બીજી બાજુ, ∆G 0 એ સમીકરણ દ્વારા પ્રતિક્રિયાના સંતુલન સ્થિરાંક K સાથે સંબંધિત છે.

n F ΔE 0 = 2.3 RT logK

logK = n ∙F Δ E 0 / 2.3 RT

logK = n ∙ Δ E 0 / 0.059

આ કાર્ય આ પ્રક્રિયા દરમિયાન વીજળીના ચલના જથ્થા તરીકે પ્રદાન કરી શકાય છે nF (n એ પ્રાથમિક પ્રતિક્રિયામાં ઘટાડનાર એજન્ટમાંથી ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ તરફ પસાર થતા ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા છે, F એ ફેરાડેનું સ્થિરાંક છે), વચ્ચેના સંભવિત તફાવત E દ્વારા ગુણાકાર કરવામાં આવે છે. અનુરૂપ ગેલ્વેનિક કોષના ઇલેક્ટ્રોડ્સ.

ΔG= - n · F · Δ E

T = 298 ΔG 0 = - n · F · ΔE 0 પર ORR માટે

સિસ્ટમ માટે ધોરણ સિવાયની શરતો હેઠળ

બળદ+ને↔લાલઇલેક્ટ્રોડ સંભવિત નર્ન્સ્ટ સમીકરણ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે

E o x /Red = E 0 0 x /Red - (RT/n F) ln(C(Red)/С(Ox))

E ox / Red અને E 0 ox / Red - ઇલેક્ટ્રોડ અને સિસ્ટમના પ્રમાણભૂત સંભવિતતા.

n એ પ્રક્રિયામાં ભાગ લેતા ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા છે.

C(Red) અને C ox એ ઘટાડેલા અને ઓક્સિડાઇઝ્ડ સ્વરૂપોની દાઢ સાંદ્રતા છે.

E ox/Red = E 0 ox/Red – (0.059/n) લોગ C(Red)/С(Ox)

અથવા

દાખ્લા તરીકે:

સિસ્ટમ માટે MnO 4 - + 8H + + 5e ↔ Mn 2+ + 4H 2 O

E MnO - 4 / Mn 2+ = 1.51 – (0.059/5) લોગ (C Mn 2+ / C MnO - 4 C (H+) 8)

FeCl 3 માટે ઘટાડનાર એજન્ટ તરીકે પોટેશિયમ હલાઇડ પસંદ કરો

2KG - + 2 Fe 3+ Cl 3(P) = G 0 2 + 2KCl (P) + 2 Fe 2+ Cl 2(P)

(G = F -, Cl -, Br -, I -)

કોષ્ટક મુજબ: E 0 Fe 3+ / Fe +2 = +0.77B

E 0 F2/2F- = + 2.86B

E 0 Cl2/2Cl- = + 1.36B

E 0 Br2/2Br- = +1.07B

E 0 I 2/2 I - = +0.54V< 0.77 B

ચાલો emf ની ગણતરી કરીએ. KI માટે hologenids સામેલ

ΔE 0 298 = E 0 ઓક્સિડ. - ઇ 0 રીસ્ટોર = 0.77 – 0.54 = 0.23V > 0. માત્ર પોટેશિયમ આયોડાઇડ

પ્રતિક્રિયાની ગિબ્સની ઊર્જામાં ફેરફાર

ΔGreaction = ∑ΔG0298f(અંતિમ) - ∑ΔG0298f(પ્રારંભિક)

પ્રતિક્રિયાના ઉદાહરણનો ઉપયોગ કરીને 2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + H2O

ગિબ્સ ઊર્જા શિક્ષણ

ΔGreaction=[ΔGNa2SO4+ΔGH2O] - [ΔGH2SO4+ΔGNaOH*2]

ગેલ્વેનિક કોષોનો ટેલિફોન, રમકડાં, એલાર્મ સિસ્ટમ વગેરેમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે. કારણ કે શુષ્ક કોષોનો ઉપયોગ કરતા ઉપકરણોની શ્રેણી ખૂબ વિશાળ છે અને વધુમાં, તેને સમયાંતરે બદલવાની જરૂર પડે છે.

વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ એ પ્રક્રિયાઓનો સમૂહ છે જે ઇલેક્ટ્રોડ પર થાય છે જ્યારે વિદ્યુત પ્રવાહ દ્રાવણમાંથી પસાર થાય છે અથવા ઇલેક્ટ્રોલાઇટ ઓગળે છે. ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ બીજા પ્રકારના વાહક છે. વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ દરમિયાન, કેથોડ રિડ્યુસિંગ એજન્ટ તરીકે કામ કરે છે (કેશનમાં ઇલેક્ટ્રોનનું દાન કરે છે), અને એનોડ ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ તરીકે કામ કરે છે (આયનમાંથી ઇલેક્ટ્રોન મેળવે છે). વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણનો સાર એ વિદ્યુત ઉર્જાનો ઉપયોગ કરીને રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓનો અમલ છે - કેથોડ (કે) પર ઘટાડો અને એનોડ (એ) પર ઓક્સિડેશન. આ પ્રક્રિયાઓને ઇલેક્ટ્રોરેડક્શન અને ઇલેક્ટ્રોક્સિડેશનની પ્રક્રિયાઓ (પ્રતિક્રિયાઓ) કહેવામાં આવે છે. વિદ્યુત પ્રવાહની ઘટાડતી અને ઓક્સિડાઇઝિંગ અસરો રાસાયણિક ઓક્સિડાઇઝિંગ અને ઘટાડતા એજન્ટોની અસરો કરતાં અનેક ગણી મજબૂત હોય છે. મેલ્ટ અને ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સોલ્યુશનના વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ વચ્ચે તફાવત કરવામાં આવે છે.

પીગળેલા ક્ષારનું વિદ્યુત વિચ્છેદન

1) કેથોડ પર તમામ ધાતુના કેશન ઓછા થાય છે:

K(-): Zn2+ + 2e- → Zn0; Na+ + 1e- → Na0

2) ઓક્સિજન-મુક્ત એસિડના આયનોને એનોડ પર ઓક્સિડાઇઝ કરવામાં આવે છે:

A(+): 2Cl¯ - 2e-→Cl2

3) ઓક્સિજન ધરાવતા એસિડના એનિયન્સ અનુરૂપ એસિડ ઓક્સાઇડ અને ઓક્સિજન બનાવે છે:

A(+): 2SO42ˉ - 4e- → 2SO3 + O2

જલીય ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સોલ્યુશનનું વિદ્યુત વિચ્છેદન

વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ પ્રક્રિયાના કોર્સ અને અંતિમ ઉત્પાદનોની પ્રકૃતિ દ્રાવકની પ્રકૃતિ, ઇલેક્ટ્રોડ્સની સામગ્રી, તેમના પર વર્તમાન ઘનતા અને અન્ય પરિબળો દ્વારા ખૂબ પ્રભાવિત થાય છે. ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સના જલીય દ્રાવણમાં, હાઇડ્રેટેડ કેશન અને આયન ઉપરાંત, ત્યાં પાણીના અણુઓ છે, જે ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ ઓક્સિડેશન અને ઘટાડામાંથી પણ પસાર થઈ શકે છે. વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ દરમિયાન ઇલેક્ટ્રોડ્સ પર કઈ ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રક્રિયાઓ થશે તે સંબંધિત ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ સિસ્ટમ્સના ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિતતાના મૂલ્ય પર આધારિત છે.

એનોડિક પ્રક્રિયાઓ.

પદાર્થોના વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણમાં, નિષ્ક્રિય એનોડ (ગ્રેફાઇટ, પ્લેટિનમ) અને દ્રાવ્ય એનોડ કે જે વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ પ્રક્રિયા દરમિયાન બદલાતા નથી અને દ્રાવ્ય એનોડ જે વિદ્યુત વિચ્છેદન પ્રક્રિયા દરમિયાન ઓક્સિડાઇઝ થાય છે તે આયન કરતાં વધુ સરળતાથી (ઝીંક, નિકલ, ચાંદી, તાંબુ અને અન્ય ધાતુઓમાંથી) ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.

1) પૂરતી સાંદ્રતામાં ઓક્સિજન-મુક્ત એસિડ્સ (S2ˉ, I¯, Br¯, Cl¯) ના આયનોને અનુરૂપ સાદા પદાર્થોમાં સરળતાથી ઓક્સિડાઇઝ કરવામાં આવે છે.

2) આલ્કલીસ, ઓક્સિજન ધરાવતા એસિડ અને તેમના ક્ષાર, તેમજ હાઇડ્રોફ્લોરિક એસિડ અને ફ્લોરાઇડ્સના જલીય દ્રાવણના વિદ્યુત વિચ્છેદન દરમિયાન, ઓક્સિજનના પ્રકાશન સાથે પાણીનું ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ ઓક્સિડેશન થાય છે:

આલ્કલાઇન દ્રાવણમાં: 4OH¯ - 4e- → O2 + 2H2O

એસિડિક અને ન્યુટ્રલ સોલ્યુશનમાં: 2H2O - 4e- → O2 + 4H+

વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણની અરજી. વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ દ્વારા લક્ષ્ય ઉત્પાદનો મેળવવાથી પ્રક્રિયાની ગતિ અને દિશાને પ્રમાણમાં સરળ રીતે નિયંત્રિત કરવી શક્ય બને છે, જેના કારણે "સૌથી નરમ" અને અત્યંત "સખત" બંનેમાં પ્રક્રિયાઓ હાથ ધરવાનું શક્ય બને છે. ઓક્સિડેશન અથવા ઘટાડાની શરતો, સૌથી મજબૂત ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટો અને ઘટાડતા એજન્ટો મેળવવા. વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ દ્વારા, પાણીમાંથી H2 અને O2, NaCl ના જલીય દ્રાવણમાંથી C12, KH2F3 માં KF મેલ્ટમાંથી F2 ઉત્પન્ન થાય છે.

હાઈડ્રોઈલેક્ટ્રોમેટલર્જી એ બિન-ફેરસ ધાતુશાસ્ત્રની એક મહત્વપૂર્ણ શાખા છે (Cu, Bi, Sb, Sn, Pb, Ni, Co, Cd, Zn); તેનો ઉપયોગ નોબલ અને ટ્રેસ મેટલ્સ, Mn, Cr મેળવવા માટે પણ થાય છે. વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણનો ઉપયોગ ધાતુને અયસ્કમાંથી ઉકેલમાં સ્થાનાંતરિત કર્યા પછી, અને સોલ્યુશનને શુદ્ધ કર્યા પછી તેના કેથોડિક વિભાજન માટે સીધો ઉપયોગ થાય છે. આ પ્રક્રિયા કહેવામાં આવે છે વિદ્યુત નિષ્કર્ષણ. વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણનો ઉપયોગ મેટલ શુદ્ધિકરણ માટે પણ થાય છે - ઇલેક્ટ્રોલિટીક. રિફાઇનિંગ (ઇલેક્ટ્રોરિફાઇનિંગ). આ પ્રક્રિયામાં દૂષિત ધાતુના એનોડિક વિસર્જન અને તેના અનુગામી કેથોડિક ડિપોઝિશનનો સમાવેશ થાય છે. પારો અને અમલગમ (એમલગમ ધાતુશાસ્ત્ર) ના બનેલા પ્રવાહી ઇલેક્ટ્રોડ્સ અને ઘન ધાતુઓથી બનેલા ઇલેક્ટ્રોડ્સ સાથે રિફાઇનિંગ અને ઇલેક્ટ્રોએક્સટ્રક્શન હાથ ધરવામાં આવે છે.

ઇલેક્ટ્રોલાઇટ મેલ્ટનું વિદ્યુત વિચ્છેદન એ ઘણાના ઉત્પાદન માટે એક મહત્વપૂર્ણ પદ્ધતિ છે. ધાતુઓ તેથી, ઉદાહરણ તરીકે, કાચા એલ્યુમિનિયમ ક્રાયોલાઇટ-એલ્યુમિના મેલ્ટ (Na3AlF6 + A12O3) ના વિદ્યુત વિચ્છેદન દ્વારા મેળવવામાં આવે છે, કાચો માલ ઇલેક્ટ્રોલાઇટિક રીતે શુદ્ધ થાય છે. શુદ્ધિકરણ આ કિસ્સામાં, એનોડ A1 ઓગળે છે, જેમાં 35% Cu (વજન માટે) હોય છે અને તેથી તે ઇલેક્ટ્રોલાઈઝર બાથના તળિયે સ્થિત છે. બાથના મધ્યમ પ્રવાહી સ્તરમાં BaCl2, AlF3 અને NaF હોય છે, અને ઉપરના ભાગમાં પીગળેલા રિફાઇનર હોય છે. A1 કેથોડ તરીકે સેવા આપે છે.

પીગળેલા મેગ્નેશિયમ ક્લોરાઇડ અથવા નિર્જલીકૃત કાર્નાલાઇટનું વિદ્યુત વિચ્છેદન - મહત્તમ. Mg મેળવવા માટેની સામાન્ય પદ્ધતિ. પ્રમોટર્સ માં. આલ્કલાઇન અને આલ્કલાઇન-પૃથ્વીના ઉત્પાદન માટે મેલ્ટના સ્કેલ વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણનો ઉપયોગ થાય છે. ધાતુઓ, Be, Ti, W, Mo, Zr, U, વગેરે.

ઇલેક્ટ્રોલિટીક માટે ધાતુઓ ઉત્પન્ન કરવાની પદ્ધતિઓમાં ધાતુના આયનોને અન્ય, વધુ ઇલેક્ટ્રોન-નેગેટિવમાં ઘટાડવાનો પણ સમાવેશ થાય છે. ધાતુ હાઇડ્રોજન સાથે તેમના ઘટાડા દ્વારા ધાતુઓના અલગતામાં ઘણીવાર વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણના તબક્કાઓનો સમાવેશ થાય છે - ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ. હાઇડ્રોજનનું આયનીકરણ અને આ પ્રક્રિયા દરમિયાન છૂટા પડેલા ઇલેક્ટ્રોનને કારણે મેટલ આયનોનું ડિપોઝિશન. સંયુક્ત પ્રકાશન અથવા કેટલાકના વિસર્જનની પ્રક્રિયાઓ મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે. ધાતુઓ, ધાતુઓ અને મોલનું સંયુક્ત પ્રકાશન. કેથોડ પર હાઇડ્રોજન અને ઇલેક્ટ્રોડ્સ પર સોલ્યુશન ઘટકોનું શોષણ. ધાતુની સામગ્રી તૈયાર કરવા માટે ઇલેક્ટ્રોલિસિસનો ઉપયોગ થાય છે. ઉલ્લેખિત લાક્ષણિકતાઓ સાથે પાવડર.

ઇલેક્ટ્રિક બેટરી (લેટિન એક્યુમ્યુલેટરમાંથી - કલેક્ટર, સ્ટોરેજ ડિવાઇસ), કેમિકલ. બહુવિધ વર્તમાન સ્ત્રોતો. જ્યારે બાહ્યમાંથી ચાર્જ કરવામાં આવે છે વીજળીનો સ્ત્રોત કેમિકલને કારણે ડિસ્ચાર્જ દરમિયાન બેટરીમાં કરંટ ઊર્જા, કિનારીઓ એકઠા કરે છે. r-tion સીધું પરિવર્તન. ફરીથી ઇલેક્ટ્રિકમાં અને બાહ્યમાં છોડવામાં આવે છે. સાંકળ ઓપરેશન અને મૂળભૂત સિદ્ધાંત અનુસાર બેટરીના ડિઝાઇન તત્વો ગેલ્વેનિક કોષોથી અલગ હોતા નથી, પરંતુ ઇલેક્ટ્રોડ સર્કિટ, તેમજ બેટરીમાં કુલ વર્તમાન-જનરેટીંગ સર્કિટ, ઉલટાવી શકાય તેવા હોય છે. તેથી, બેટરી ડિસ્ચાર્જ થયા પછી, તેને વિરુદ્ધ દિશામાં પ્રવાહ પસાર કરીને રિચાર્જ કરી શકાય છે: હકારાત્મક. આ કિસ્સામાં, ઇલેક્ટ્રોડ પર ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ રચાય છે, અને નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ પર ઘટાડનાર એજન્ટ રચાય છે.

નાયબ. લીડ-એસિડ બેટરીઓ સામાન્ય છે, જેને ઘણીવાર કહેવામાં આવે છે એસિડિક પણ. તેમની ક્રિયા નીચેના પર આધારિત છે:

કાટ એ ભૌતિક-રાસાયણિકના પરિણામે ધાતુના સ્વયંભૂ વિનાશની પ્રક્રિયા છે. પર્યાવરણ સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ. મિકેનિઝમ: રાસાયણિક અને ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ.

રાસાયણિક - ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહના ઉત્પાદન વિના તેના ઓક્સિડેશન દરમિયાન ધાતુનો વિનાશ. ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ - સિસ્ટમની અંદર ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહના દેખાવ સાથે ઇલેક્ટ્રોલાઇટ વાતાવરણમાં ધાતુનો વિનાશ.

કાટ એન્જિન, ગેસ ટર્બાઇન અને રોકેટ લોન્ચરના ભાગો અને ઘટકોને અસર કરે છે. રાસાયણિક કાટ ઊંચા તાપમાન અને તાણ પર મેટલ પ્રોસેસિંગ દરમિયાન થાય છે.

ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ કાટ થઈ શકે છે: ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સમાં, માટીમાં, કોઈપણ ભેજવાળા ગેસના વાતાવરણમાં.

કાટ સામે રક્ષણ તરીકે, અમુક પ્રકારના કોટિંગનો ઉપયોગ કરી શકાય છે જે કાટરોધક તત્વ (નિષ્ક્રિય પદ્ધતિ) ની રચનાને અટકાવે છે.

પેઇન્ટ કોટિંગ, પોલિમર કોટિંગ અને એન્મેલીંગ, સૌ પ્રથમ, ઓક્સિજન અને ભેજની ઍક્સેસને અટકાવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, ઝીંક, ટીન, ક્રોમિયમ અને નિકલ જેવી અન્ય ધાતુઓ સાથે સ્ટીલના કોટિંગનો પણ વારંવાર ઉપયોગ થાય છે. જ્યારે કોટિંગ આંશિક રીતે નાશ પામે ત્યારે પણ ઝીંક કોટિંગ સ્ટીલનું રક્ષણ કરે છે. ઝીંકમાં વધુ નકારાત્મક ક્ષમતા હોય છે અને તે પહેલા કાટ પડે છે. Zn2+ આયનો ઝેરી છે. કેનના ઉત્પાદનમાં, ટીનના સ્તર સાથે કોટેડ ટીનનો ઉપયોગ થાય છે. ગેલ્વેનાઈઝ્ડ શીટથી વિપરીત, જ્યારે ટીનનું સ્તર નાશ પામે છે, ત્યારે લોખંડ કાટ લાગવા માંડે છે, અને વધુ તીવ્રતાથી, કારણ કે ટીનમાં વધુ સકારાત્મક ક્ષમતા હોય છે. ધાતુને કાટથી બચાવવાનો બીજો રસ્તો એ છે કે ઉચ્ચ નકારાત્મક સંભવિતતાવાળા રક્ષણાત્મક ઇલેક્ટ્રોડનો ઉપયોગ કરવો, ઉદાહરણ તરીકે, ઝીંક અથવા મેગ્નેશિયમથી બનેલું. આ હેતુ માટે, એક કાટ તત્વ ખાસ બનાવવામાં આવે છે. સંરક્ષિત ધાતુ કેથોડ તરીકે કાર્ય કરે છે, અને આ પ્રકારના રક્ષણને કેથોડિક સંરક્ષણ કહેવામાં આવે છે. ઓગળેલા ઇલેક્ટ્રોડને બલિદાન રક્ષણ એનોડ કહેવામાં આવે છે, આ પદ્ધતિનો ઉપયોગ દરિયાઇ જહાજો, પુલ, બોઇલર પ્લાન્ટ્સ અને ભૂગર્ભ પાઈપોને કાટથી બચાવવા માટે થાય છે. વહાણના હલને સુરક્ષિત રાખવા માટે, ઝીંક પ્લેટો હલની બહારથી જોડાયેલ છે.

જો તમે ઝીંક અને મેગ્નેશિયમની સંભવિતતાઓને આયર્ન સાથે સરખાવો, તો તેમની પાસે વધુ નકારાત્મક સંભાવનાઓ છે. તેમ છતાં, સપાટી પર રક્ષણાત્મક ઓક્સાઇડ ફિલ્મની રચનાને કારણે તેઓ વધુ ધીમેથી કાટ જાય છે, જે ધાતુને વધુ કાટથી સુરક્ષિત કરે છે. આવી ફિલ્મની રચનાને મેટલ પેસિવેશન કહેવામાં આવે છે. એલ્યુમિનિયમમાં તે એનોડિક ઓક્સિડેશન (એનોડાઇઝિંગ) દ્વારા ઉન્નત થાય છે. જ્યારે સ્ટીલમાં થોડી માત્રામાં ક્રોમિયમ ઉમેરવામાં આવે છે, ત્યારે ધાતુની સપાટી પર ઓક્સાઇડ ફિલ્મ બને છે. સ્ટેનલેસ સ્ટીલમાં ક્રોમિયમનું પ્રમાણ 12 ટકાથી વધુ છે.

કેથોડિક કાટ સંરક્ષણ

કેથોડિક ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ કાટ સંરક્ષણનો ઉપયોગ ત્યારે થાય છે જ્યારે સુરક્ષિત કરવામાં આવી રહેલી ધાતુ નિષ્ક્રિય થવાની સંભાવના ન હોય. આ કાટમાંથી ધાતુઓના રક્ષણના મુખ્ય પ્રકારોમાંનું એક છે. કેથોડિક સંરક્ષણનો સાર એ નકારાત્મક ધ્રુવમાંથી ઉત્પાદનમાં બાહ્ય પ્રવાહનો ઉપયોગ છે, જે કાટરોધક તત્વોના કેથોડ વિભાગોને ધ્રુવીકરણ કરે છે, સંભવિત મૂલ્યને એનોડિક રાશિઓની નજીક લાવે છે. વર્તમાન સ્ત્રોતનો હકારાત્મક ધ્રુવ એનોડ સાથે જોડાયેલ છે. આ કિસ્સામાં, સંરક્ષિત માળખાનો કાટ લગભગ શૂન્ય થઈ ગયો છે. એનોડ ધીમે ધીમે બગડે છે અને સમયાંતરે બદલવું આવશ્યક છે.

કેથોડિક સંરક્ષણ માટે ઘણા વિકલ્પો છે: ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહના બાહ્ય સ્ત્રોતમાંથી ધ્રુવીકરણ; કેથોડિક પ્રક્રિયાના દરમાં ઘટાડો (ઉદાહરણ તરીકે, ઇલેક્ટ્રોલાઇટનું ડીઅરેશન); આપેલ વાતાવરણમાં જે ધાતુની મુક્ત કાટ ક્ષમતા વધુ ઈલેક્ટ્રોનેગેટિવ છે (કહેવાતા બલિદાન રક્ષણ) સાથે સંપર્ક કરો.

વિદ્યુત પ્રવાહના બાહ્ય સ્ત્રોતમાંથી ધ્રુવીકરણનો ઉપયોગ માટી, પાણી (જહાજોના તળિયે, વગેરે) માં સ્થિત બંધારણોને સુરક્ષિત કરવા માટે થાય છે. વધુમાં, આ પ્રકારના કાટ સંરક્ષણનો ઉપયોગ ઝીંક, ટીન, એલ્યુમિનિયમ અને તેના એલોય, ટાઇટેનિયમ, કોપર અને તેના એલોય, સીસા, તેમજ ઉચ્ચ-ક્રોમિયમ, કાર્બન, એલોય (નીચા અને ઉચ્ચ એલોય બંને) સ્ટીલ્સ માટે થાય છે.

બાહ્ય વર્તમાન સ્ત્રોત એ કેથોડિક પ્રોટેક્શન સ્ટેશન છે, જેમાં રેક્ટિફાયર (કન્વર્ટર), સંરક્ષિત માળખાને વર્તમાન પુરવઠો, એનોડ ગ્રાઉન્ડિંગ કંડક્ટર, સંદર્ભ ઇલેક્ટ્રોડ અને એનોડ કેબલનો સમાવેશ થાય છે.

કેથોડિક સંરક્ષણબંને સ્વતંત્ર અને વધારાના પ્રકારના કાટ સંરક્ષણનો ઉપયોગ થાય છે.

મુખ્ય માપદંડ કે જેના દ્વારા કોઈ કેથોડિક સંરક્ષણની અસરકારકતા નક્કી કરી શકે છે તે રક્ષણાત્મક સંભવિત છે. રક્ષણાત્મક સંભવિત એ સંભવિત છે કે જેના પર ચોક્કસ પર્યાવરણીય પરિસ્થિતિઓ હેઠળ ધાતુનો કાટ દર સૌથી નીચો (શક્ય હોય ત્યાં સુધી) મૂલ્ય લે છે.

કેથોડિક સંરક્ષણનો ઉપયોગ કરવાના ગેરફાયદા છે. તેમાંથી એક ઓવરપ્રોટેક્શનનો ભય છે. નકારાત્મક દિશામાં સંરક્ષિત ઑબ્જેક્ટની સંભવિતતામાં મોટા પાળી સાથે ઓવરપ્રોટેક્શન જોવા મળે છે. તે જ સમયે તે બહાર રહે છે. પરિણામ એ છે કે રક્ષણાત્મક કોટિંગ્સનો વિનાશ, ધાતુના હાઇડ્રોજન ભંગાણ અને કાટ ક્રેકીંગ.

ચાલવું રક્ષણ(રક્ષકનો ઉપયોગ)

કેથોડિક સંરક્ષણનો એક પ્રકાર બલિદાન છે. બલિદાન સંરક્ષણનો ઉપયોગ કરતી વખતે, વધુ ઇલેક્ટ્રોનેગેટિવ સંભવિત સાથેની ધાતુ સુરક્ષિત ઑબ્જેક્ટ સાથે જોડાયેલ છે. આ કિસ્સામાં, તે માળખું નથી જે નાશ પામે છે, પરંતુ ચાલવું. સમય જતાં, રક્ષક ક્ષીણ થઈ જાય છે અને તેને નવા સાથે બદલવું આવશ્યક છે.

જ્યાં સંરક્ષક અને પર્યાવરણ વચ્ચે નાનો સંક્રમણ પ્રતિકાર હોય તેવા કિસ્સામાં ચાલવું રક્ષણ અસરકારક છે.

દરેક રક્ષકની તેની પોતાની રક્ષણાત્મક ક્રિયાની ત્રિજ્યા હોય છે, જે મહત્તમ સંભવિત અંતર દ્વારા નિર્ધારિત કરવામાં આવે છે કે જ્યાં સુધી રક્ષકને રક્ષણાત્મક અસર ગુમાવ્યા વિના દૂર કરી શકાય છે. સંરચનામાં કરંટ પૂરો પાડવો અશક્ય અથવા મુશ્કેલ અને ખર્ચાળ હોય ત્યારે રક્ષણાત્મક સંરક્ષણનો ઉપયોગ મોટેભાગે થાય છે.

સંરક્ષકોનો ઉપયોગ તટસ્થ વાતાવરણમાં (સમુદ્ર અથવા નદીના પાણી, હવા, માટી, વગેરે) માં બંધારણને સુરક્ષિત કરવા માટે થાય છે.

નીચેની ધાતુઓનો ઉપયોગ સંરક્ષક બનાવવા માટે થાય છે: મેગ્નેશિયમ, જસત, આયર્ન, એલ્યુમિનિયમ. શુદ્ધ ધાતુઓ તેમના રક્ષણાત્મક કાર્યોને સંપૂર્ણ રીતે ચલાવતા નથી, તેથી તેઓ સંરક્ષકોના ઉત્પાદન દરમિયાન વધુમાં એલોય કરવામાં આવે છે.

આયર્ન પ્રોટેક્ટર કાર્બન સ્ટીલ અથવા શુદ્ધ આયર્નમાંથી બનાવવામાં આવે છે.

કાટ અવરોધકો, રાસાયણિક સંયોજનો અથવા તેમની રચનાઓ, જેની હાજરી આક્રમક વાતાવરણમાં ઓછી માત્રામાં ધાતુઓના કાટને ધીમું કરે છે. કાટ અવરોધકોની રક્ષણાત્મક અસર શોષણ (શોષણયુક્ત કાટ અવરોધકો) અથવા ધાતુના આયનો સાથે ઓછા પ્રમાણમાં દ્રાવ્ય સંયોજનોની રચનાને કારણે ધાતુની સપાટીની સ્થિતિમાં ફેરફારને કારણે છે. બાદમાં સપાટી પર એક ફિલ્મ બનાવે છે જે રૂપાંતરણ રક્ષણાત્મક કોટિંગ્સ કરતાં નોંધપાત્ર રીતે પાતળી હોય છે (જુઓ કાટ સંરક્ષણ). કાટમાં મંદી ધાતુના સક્રિય સપાટીના ક્ષેત્રમાં ઘટાડો અને ઇલેક્ટ્રોડ પ્રતિક્રિયાઓની સક્રિયકરણ ઊર્જામાં ફેરફારને કારણે થાય છે, જે જટિલ કાટ પ્રક્રિયાને મર્યાદિત કરે છે. કાટ અવરોધકો એનોડિક વિસર્જનને અટકાવી શકે છે અને ધાતુના નિષ્ક્રિયકરણનું કારણ બની શકે છે (એનોડિક કાટ અવરોધકો), કેથોડિક પ્રક્રિયાના દરને ઘટાડી શકે છે (કેથોડિક કાટ અવરોધકો), અથવા આ બંને પ્રક્રિયાઓ (મિશ્ર કાટ અવરોધકો) ધીમી કરી શકે છે.

પ્રવાહની દિશા. ORR ઘટનાની શક્યતા અને દિશા તમે રેડોક્સ પ્રતિક્રિયાની દિશા કેવી રીતે બદલી શકો છો

OVR દિશા માપદંડ

બદલી ન શકાય તેવા ડીસી સ્ત્રોતો. ઉદાહરણો

= અમારી ચર્ચાઓ =

OVR ની ઘટના માટે માપદંડ. માનક પરિસ્થિતિઓ અને પ્રમાણભૂત સંભવિતતા

શિક્ષકો અને વિદ્યાર્થીઓ માટે પદ્ધતિસરનો વિકાસ