ધાતુના કોષ્ટકની પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિતતા. પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિતતાઓની શ્રેણી

1. ધાતુની ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિત ઓછી, તે વધુ રાસાયણિક રીતે સક્રિય છે, તેનું ઓક્સિડાઇઝ કરવું સરળ છે અને તેના આયનોમાંથી પુનઃપ્રાપ્ત કરવું વધુ મુશ્કેલ છે. પ્રકૃતિમાં સક્રિય ધાતુઓ માત્ર Na, K, ... સંયોજનોના સ્વરૂપમાં અસ્તિત્વ ધરાવે છે, તે સંયોજનોના સ્વરૂપમાં અને Cu, Ag, Hg ની મુક્ત સ્થિતિમાં પ્રકૃતિમાં જોવા મળે છે; Au, Pt - માત્ર મુક્ત સ્થિતિમાં;

2. મેગ્નેશિયમ કરતાં વધુ નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિત ધાતુઓ પાણીમાંથી હાઇડ્રોજનને વિસ્થાપિત કરે છે;

3. હાઇડ્રોજન સુધીની વોલ્ટેજ શ્રેણીમાં ધાતુઓ પાતળું એસિડના ઉકેલોમાંથી હાઇડ્રોજનને વિસ્થાપિત કરે છે (જેના આયન ઓક્સિડાઇઝિંગ ગુણધર્મો પ્રદર્શિત કરતા નથી);

4. શ્રેણીની દરેક ધાતુ કે જે પાણીનું વિઘટન કરતી નથી તે ધાતુઓને વિસ્થાપિત કરે છે જે તેમના ક્ષારના ઉકેલોમાંથી ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિતતાના વધુ હકારાત્મક મૂલ્યો ધરાવે છે;

5. ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ્સના મૂલ્યોમાં જેટલી વધુ ધાતુઓ અલગ પડે છે, તેટલી વધુ ઇએમએફ મૂલ્ય. તેમની પાસેથી ગેલ્વેનિક સેલ બનાવવામાં આવશે.

ધાતુની પ્રકૃતિ પર ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિત (E) ની અવલંબન, ઉકેલ અને તાપમાનમાં તેના આયનોની પ્રવૃત્તિ નેર્ન્સ્ટ સમીકરણ દ્વારા વ્યક્ત કરવામાં આવે છે.

E Me = E o Me + RTln(a Me n +)/nF,

જ્યાં E o Me એ ધાતુનું પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિત છે, અને Men + એ દ્રાવણમાં મેટલ આયનોની પ્રવૃત્તિ છે. 25 o C ના પ્રમાણભૂત તાપમાને, મંદ ઉકેલો માટે, પ્રવૃત્તિ (a) ને એકાગ્રતા (c) સાથે બદલીને, કુદરતી લઘુગણકને દશાંશ એક સાથે અને R, T અને F ના મૂલ્યોને બદલીને, અમે મેળવીએ છીએ

E Me = E o Me + (0.059/n)logс.

ઉદાહરણ તરીકે, તેના મીઠાના દ્રાવણમાં મૂકવામાં આવેલા ઝીંક ઇલેક્ટ્રોડ માટે, હાઇડ્રેટેડ આયનોની સાંદ્રતા Zn 2+ × mH 2 O ચાલો તેને Zn 2+ તરીકે સંક્ષિપ્ત કરીએ

E Zn = E o Zn + (0.059/n) લોગ[ Zn 2+ ].

જો = 1 mol/dm 3, તો E Zn = E o Zn.

ધાતુઓને તેમના પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ્સના વધતા ક્રમમાં ગોઠવીને, નિકોલાઈ નિકોલાઈવિચ બેકેટોવ (1827-1911) ના વોલ્ટેજની શ્રેણી અથવા પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિતતાઓની શ્રેણી મેળવવામાં આવે છે....

ગ્રોસ ઇ., વેઇસમેન્ટેલ એચ.

પ્રકરણ 3 (ચાલુ)

છેલ્લે, ધાતુની વસ્તુઓનો કાટ, જે રાષ્ટ્રીય અર્થતંત્રને ભારે નુકસાન પહોંચાડે છે, મોટાભાગના કિસ્સાઓમાં તે ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રક્રિયા છે.

ચાલો પડદા પાછળ જોઈએ

મી 1 + મી 2 2+ = મી 1 2+ + મી 2

વધુમાં, પ્રથમ પ્રયોગ માટે Me 1 = Fe, Me 2 = Cu.
તેથી, પ્રક્રિયામાં બંને ધાતુઓના અણુઓ અને આયનો વચ્ચેના ચાર્જ (ઇલેક્ટ્રોન)ના વિનિમયનો સમાવેશ થાય છે. જો આપણે લોખંડના વિસર્જન અથવા તાંબાના અવક્ષેપને અલગથી ધ્યાનમાં લઈએ (મધ્યવર્તી પ્રતિક્રિયાઓ તરીકે), તો આપણને મળે છે:

ફે = ફે 2+ + 2 ઇ --

Cu 2+ + 2 ઇ-- = Cu

હવે જ્યારે ધાતુને પાણીમાં અથવા મીઠાના દ્રાવણમાં ડુબાડવામાં આવે છે ત્યારે તે કેસને ધ્યાનમાં લો, જેમાં તણાવ શ્રેણીમાં તેની સ્થિતિને કારણે કેશનનું વિનિમય અશક્ય છે. આ હોવા છતાં, ધાતુ આયનના રૂપમાં દ્રાવણમાં જવાનું વલણ ધરાવે છે. આ કિસ્સામાં, ધાતુનો અણુ બે ઇલેક્ટ્રોન છોડે છે (જો ધાતુ દ્વિભાષી હોય), દ્રાવણમાં ડૂબેલી ધાતુની સપાટી સોલ્યુશનની તુલનામાં નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થાય છે, અને ઇન્ટરફેસ પર ઇલેક્ટ્રિક ડબલ લેયર રચાય છે. આ સંભવિત તફાવત ધાતુના વધુ વિસર્જનને અટકાવે છે, જેથી પ્રક્રિયા ટૂંક સમયમાં બંધ થઈ જાય.
જો બે અલગ અલગ ધાતુઓ ઉકેલમાં ડૂબી જાય, તો તે બંને ચાર્જ થશે, પરંતુ ઓછી સક્રિય ધાતુ થોડી નબળી હશે, કારણ કે તેના પરમાણુઓ ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવવાનું ઓછું જોખમ ધરાવે છે.
ચાલો બંને ધાતુઓને વાહક સાથે જોડીએ. સંભવિત તફાવતને લીધે, ઇલેક્ટ્રોનનો પ્રવાહ વધુ સક્રિય ધાતુમાંથી ઓછા સક્રિય ધાતુ તરફ વહેશે, જે તત્વનો હકારાત્મક ધ્રુવ બનાવે છે. એક પ્રક્રિયા થાય છે જેમાં વધુ સક્રિય ધાતુ દ્રાવણમાં જાય છે અને દ્રાવણમાંથી કેશન્સ વધુ ઉમદા ધાતુ પર મુક્ત થાય છે. ચાલો હવે કેટલાક પ્રયોગો સાથે સમજાવીએ જે ઉપર આપેલ અંશે અમૂર્ત તર્ક છે (જે વધુમાં, એક સ્થૂળ સરળીકરણનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે).
સૌપ્રથમ, સલ્ફ્યુરિક એસિડના 10% સોલ્યુશન સાથે મધ્યમાં 250 મિલી બીકર ભરો અને તેમાં ઝીંક અને તાંબાના ખૂબ નાના ટુકડા ન બોળી દો. અમે બંને ઇલેક્ટ્રોડને સોલ્ડર અથવા રિવેટ કોપર વાયર કરીએ છીએ, જેનો છેડો સોલ્યુશનને સ્પર્શતો નથી.
જ્યાં સુધી વાયરના છેડા એકબીજા સાથે જોડાયેલા ન હોય ત્યાં સુધી, અમે ઝીંકના વિસર્જનનું અવલોકન કરીશું, જે હાઇડ્રોજનના પ્રકાશન સાથે છે. ઝીંક, વોલ્ટેજ શ્રેણીમાંથી નીચે મુજબ, હાઇડ્રોજન કરતાં વધુ સક્રિય છે, તેથી ધાતુ આયનીય સ્થિતિમાંથી હાઇડ્રોજનને વિસ્થાપિત કરી શકે છે. બંને ધાતુઓ પર ઇલેક્ટ્રિકલ ડબલ લેયર રચાય છે. ઇલેક્ટ્રોડ્સ વચ્ચેના સંભવિત તફાવતને શોધવાનો સૌથી સહેલો રસ્તો વોલ્ટમીટર છે. ઉપકરણને સર્કિટ સાથે કનેક્ટ કર્યા પછી તરત જ, તીર આશરે 1 V સૂચવે છે, પરંતુ તે પછી વોલ્ટેજ ઝડપથી ઘટશે. જો તમે એક નાનો લાઇટ બલ્બ જોડો છો જે તત્વ સાથે 1 V વાપરે છે, તો તે પ્રકાશિત થશે - શરૂઆતમાં ખૂબ જ મજબૂત રીતે, અને પછી ગ્લો નબળી પડી જશે.
ઉપકરણ ટર્મિનલ્સની ધ્રુવીયતાના આધારે, અમે તારણ કાઢી શકીએ છીએ કે કોપર ઇલેક્ટ્રોડ હકારાત્મક ધ્રુવ છે. આ પ્રક્રિયાના ઇલેક્ટ્રોકેમિસ્ટ્રીને ધ્યાનમાં લઈને ઉપકરણ વિના સાબિત કરી શકાય છે. ચાલો નાની બીકર અથવા ટેસ્ટ ટ્યુબમાં ટેબલ સોલ્ટનું સંતૃપ્ત દ્રાવણ તૈયાર કરીએ, ફિનોલ્ફથાલીન સૂચકના આલ્કોહોલ સોલ્યુશનમાં લગભગ 0.5 મિલી ઉમેરો અને વાયર સાથે બંધ બંને ઇલેક્ટ્રોડને ઉકેલમાં નિમજ્જિત કરીએ. નકારાત્મક ધ્રુવની નજીક એક આછો લાલ રંગ જોવા મળશે, જે કેથોડ પર સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડની રચનાને કારણે થાય છે.
અન્ય પ્રયોગોમાં, વ્યક્તિ કોષમાં ધાતુઓની વિવિધ જોડી મૂકી શકે છે અને પરિણામી વોલ્ટેજ નક્કી કરી શકે છે. ઉદાહરણ તરીકે, મેગ્નેશિયમ અને ચાંદી તેમની વચ્ચેના નોંધપાત્ર અંતર અને વોલ્ટેજની શ્રેણીને કારણે ખાસ કરીને મોટો સંભવિત તફાવત આપશે, જ્યારે ઝીંક અને આયર્ન, તેનાથી વિપરીત, ખૂબ જ નાનો આપશે, જે એક વોલ્ટના દસમા ભાગ કરતાં પણ ઓછો છે. એલ્યુમિનિયમનો ઉપયોગ કરીને, અમે નિષ્ક્રિયતાને કારણે વ્યવહારીક રીતે કોઈપણ પ્રવાહ પ્રાપ્ત કરીશું નહીં.
આ બધા તત્વો, અથવા, જેમ કે ઇલેક્ટ્રોકેમિસ્ટ કહે છે, સર્કિટ્સમાં ગેરલાભ છે કે જ્યારે વર્તમાન માપવામાં આવે છે, ત્યારે તેમની વચ્ચેનો વોલ્ટેજ ખૂબ જ ઝડપથી ઘટી જાય છે. તેથી, વિદ્યુત રસાયણશાસ્ત્રીઓ હંમેશા વોલ્ટેજ વળતર પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને ડી-એનર્જાઇઝ્ડ સ્થિતિમાં વોલ્ટેજનું સાચું મૂલ્ય માપે છે, એટલે કે, અન્ય વર્તમાન સ્ત્રોતના વોલ્ટેજ સાથે તેની તુલના કરે છે.
ચાલો કોપર-ઝીંક તત્વમાં થતી પ્રક્રિયાઓને થોડી વધુ વિગતમાં ધ્યાનમાં લઈએ. કેથોડ પર, ઝીંક નીચેના સમીકરણ અનુસાર ઉકેલમાં જાય છે:

Zn = Zn 2+ + 2 ઇ --

સલ્ફ્યુરિક એસિડના હાઇડ્રોજન આયનો કોપર એનોડ પર વિસર્જિત થાય છે. તેઓ ઝીંક કેથોડમાંથી વાયર દ્વારા આવતા ઇલેક્ટ્રોનને જોડે છે અને પરિણામે, હાઇડ્રોજન પરપોટા રચાય છે:

2H + + 2 ઇ-- = N 2

થોડા સમય પછી, તાંબાને હાઇડ્રોજન પરપોટાના પાતળા સ્તરથી આવરી લેવામાં આવશે. આ કિસ્સામાં, કોપર ઇલેક્ટ્રોડ હાઇડ્રોજનમાં ફેરવાશે, અને સંભવિત તફાવત ઘટશે. આ પ્રક્રિયાને ઇલેક્ટ્રોડ ધ્રુવીકરણ કહેવામાં આવે છે. કોપર ઇલેક્ટ્રોડનું ધ્રુવીકરણ વોલ્ટેજ ડ્રોપ પછી કોષમાં થોડું પોટેશિયમ ડાયક્રોમેટ સોલ્યુશન ઉમેરીને દૂર કરી શકાય છે. આ પછી, વોલ્ટેજ ફરીથી વધશે, કારણ કે પોટેશિયમ ડાયક્રોમેટ હાઇડ્રોજનને પાણીમાં ઓક્સિડાઇઝ કરશે. પોટેશિયમ ડિક્રોમેટ આ કિસ્સામાં ડિપોલરાઇઝર તરીકે કામ કરે છે.
વ્યવહારમાં, ગેલ્વેનિક સર્કિટનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે જેનાં ઇલેક્ટ્રોડ ધ્રુવીકરણ નથી, અથવા સર્કિટ કે જેના ધ્રુવીકરણને ડિપોલરાઇઝર્સ ઉમેરીને દૂર કરી શકાય છે.
બિન-ધ્રુવીકરણ તત્વના ઉદાહરણ તરીકે, ડેનિયલ તત્વને ધ્યાનમાં લો, જેનો ભૂતકાળમાં વર્તમાન સ્ત્રોત તરીકે વારંવાર ઉપયોગ થતો હતો. આ પણ તાંબા-જસતનું તત્વ છે, પરંતુ બંને ધાતુઓ અલગ-અલગ ઉકેલોમાં ડૂબી જાય છે. ઝીંક ઇલેક્ટ્રોડને પાતળું (લગભગ 20%) સલ્ફ્યુરિક એસિડથી ભરેલા છિદ્રાળુ માટીના કોષમાં મૂકવામાં આવે છે. માટીના કોષને કોપર સલ્ફેટના સંકેન્દ્રિત દ્રાવણવાળા મોટા ગ્લાસમાં સસ્પેન્ડ કરવામાં આવે છે, અને તળિયે કોપર સલ્ફેટ સ્ફટિકોનો એક સ્તર હોય છે. આ વાસણમાં બીજો ઇલેક્ટ્રોડ તાંબાની ચાદરમાંથી બનેલો સિલિન્ડર છે.
આ તત્વ કાચની બરણીમાંથી બનાવી શકાય છે, વ્યાપારી રીતે ઉપલબ્ધ માટીના કોષ (આત્યંતિક કિસ્સામાં, અમે ફૂલના વાસણનો ઉપયોગ કરીએ છીએ, તળિયે છિદ્ર બંધ કરીએ છીએ) અને યોગ્ય કદના બે ઇલેક્ટ્રોડ.
તત્વની કામગીરી દરમિયાન, ઝીંક ઓગળી જાય છે અને ઝીંક સલ્ફેટ બનાવે છે, અને કોપર આયનો કોપર ઇલેક્ટ્રોડ પર મુક્ત થાય છે. પરંતુ તે જ સમયે, કોપર ઇલેક્ટ્રોડનું ધ્રુવીકરણ થતું નથી અને તત્વ લગભગ 1 V નો વોલ્ટેજ ઉત્પન્ન કરે છે. વાસ્તવમાં, સૈદ્ધાંતિક રીતે, ટર્મિનલ્સ પરનો વોલ્ટેજ 1.10 V છે, પરંતુ જ્યારે વર્તમાન એકત્ર કરીએ છીએ ત્યારે આપણે વિદ્યુતના કારણે થોડું ઓછું મૂલ્ય માપીએ છીએ. કોષનો પ્રતિકાર.
જો આપણે તત્વમાંથી વર્તમાનને દૂર ન કરીએ, તો આપણે સલ્ફ્યુરિક એસિડના દ્રાવણમાંથી ઝીંક ઇલેક્ટ્રોડને દૂર કરવાની જરૂર છે, કારણ કે અન્યથા તે હાઇડ્રોજન બનાવવા માટે ઓગળી જશે.
છિદ્રાળુ પાર્ટીશનની જરૂર ન હોય તેવા સરળ કોષનું ચિત્ર આકૃતિમાં બતાવવામાં આવ્યું છે. ઝીંક ઇલેક્ટ્રોડ કાચની બરણીની ટોચ પર સ્થિત છે, અને કોપર ઇલેક્ટ્રોડ તળિયે સ્થિત છે. સમગ્ર કોષ ટેબલ મીઠુંના સંતૃપ્ત દ્રાવણથી ભરેલો છે. બરણીના તળિયે મુઠ્ઠીભર કોપર સલ્ફેટ ક્રિસ્ટલ્સ મૂકો. પરિણામી સંકેન્દ્રિત કોપર સલ્ફેટ સોલ્યુશન ટેબલ સોલ્ટ સોલ્યુશન સાથે ખૂબ ધીમેથી ભળી જશે. તેથી, જ્યારે કોષ કાર્ય કરે છે, ત્યારે કોપર ઇલેક્ટ્રોડ પર કોપર છોડવામાં આવશે, અને ઝીંક સેલના ઉપરના ભાગમાં સલ્ફેટ અથવા ક્લોરાઇડના સ્વરૂપમાં ઓગળી જશે.
આજકાલ, બેટરી લગભગ ફક્ત શુષ્ક કોષોનો ઉપયોગ કરે છે, જે વાપરવા માટે વધુ અનુકૂળ છે. તેમના પૂર્વજ લેક્લાન્ચ તત્વ છે. ઇલેક્ટ્રોડ્સ ઝીંક સિલિન્ડર અને કાર્બન સળિયા છે. ઇલેક્ટ્રોલાઇટ એ એક પેસ્ટ છે જેમાં મુખ્યત્વે એમોનિયમ ક્લોરાઇડનો સમાવેશ થાય છે. ઝીંક પેસ્ટમાં ઓગળી જાય છે અને કોલસા પર હાઇડ્રોજન છૂટે છે. ધ્રુવીકરણને ટાળવા માટે, કાર્બન સળિયાને કોલસાના પાવડર અને પાયરોલુસાઇટનું મિશ્રણ ધરાવતી શણની થેલીમાં ડૂબાડવામાં આવે છે. કાર્બન પાવડર ઇલેક્ટ્રોડની સપાટીને વધારે છે, અને પાયરોલુસાઇટ ડિપોલરાઇઝર તરીકે કામ કરે છે, ધીમે ધીમે હાઇડ્રોજનને ઓક્સિડાઇઝ કરે છે.
સાચું, પાયરોલુસાઇટની વિધ્રુવીકરણ ક્ષમતા અગાઉ ઉલ્લેખિત પોટેશિયમ ડાયક્રોમેટ કરતા નબળી છે. તેથી, જ્યારે શુષ્ક કોષોમાં વર્તમાન પ્રાપ્ત થાય છે, ત્યારે વોલ્ટેજ ઝડપથી ઘટી જાય છે, તેઓ " થાકી જવું"ધ્રુવીકરણને કારણે. થોડા સમય પછી જ હાઇડ્રોજનનું ઓક્સિડેશન પાયરોલુસાઇટ સાથે થાય છે. આમ, તત્વો " આરામ", જો તમે થોડા સમય માટે કરંટ પસાર ન કરો તો. ચાલો આને ફ્લેશલાઇટ માટે બેટરી પર તપાસીએ, જેની સાથે આપણે લાઇટ બલ્બને જોડીએ છીએ. લેમ્પ સાથે સમાંતર, એટલે કે, સીધા ટર્મિનલ્સ સાથે, અમે વોલ્ટમીટરને જોડીએ છીએ.
શરૂઆતમાં, વોલ્ટેજ લગભગ 4.5 V હશે. (મોટાભાગે, આવી બેટરીઓમાં શ્રેણીમાં ત્રણ કોષો જોડાયેલા હોય છે, દરેકમાં 1.48 V ના સૈદ્ધાંતિક વોલ્ટેજ હોય ​​છે.) થોડા સમય પછી, વોલ્ટેજ ઘટશે અને લાઇટ બલ્બની ચમક આવશે. નબળા વોલ્ટમીટર રીડિંગ્સના આધારે, અમે નક્કી કરી શકીએ છીએ કે બેટરીને કેટલો સમય આરામ કરવાની જરૂર છે.
તરીકે ઓળખાતા પુનર્જીવિત તત્વો દ્વારા એક વિશેષ સ્થાન પર કબજો કરવામાં આવે છે બેટરી. તેઓ ઉલટાવી શકાય તેવી પ્રતિક્રિયાઓમાંથી પસાર થાય છે અને બાહ્ય ડીસી સ્ત્રોત સાથે કનેક્ટ કરીને કોષને ડિસ્ચાર્જ કર્યા પછી રિચાર્જ કરી શકાય છે.
હાલમાં, લીડ-એસિડ બેટરી સૌથી સામાન્ય છે; તેમાં ઇલેક્ટ્રોલાઇટ પાતળું સલ્ફ્યુરિક એસિડ છે, જેમાં બે લીડ પ્લેટો ડૂબી જાય છે. પોઝિટિવ ઇલેક્ટ્રોડ લીડ ડાયોક્સાઇડ PbO 2 સાથે કોટેડ છે, નકારાત્મક મેટાલિક લીડ છે. ટર્મિનલ્સ પર વોલ્ટેજ આશરે 2.1 V છે. જ્યારે ડિસ્ચાર્જ થાય છે, ત્યારે બંને પ્લેટ પર લીડ સલ્ફેટ બને છે, જે ચાર્જ કરતી વખતે ફરીથી મેટાલિક લીડ અને લીડ પેરોક્સાઇડમાં ફેરવાય છે.

ગેલ્વેનિક કોટિંગ્સની અરજી

ધાતુ વર્તમાન દ્વારા જમા થાય છે

બે પાતળી શીટ કોપર પ્લેટના છેડાને વળાંક આપીને, અમે તેમને બીકરની વિરુદ્ધ દિવાલો પર અથવા વધુ સારી રીતે, નાના કાચના માછલીઘર પર લટકાવીએ છીએ. અમે વાયરને ટર્મિનલ્સ સાથે પ્લેટો સાથે જોડીએ છીએ.
ઇલેક્ટ્રોલાઇટચાલો નીચેની રેસીપી અનુસાર તૈયાર કરીએ: 125 ગ્રામ સ્ફટિકીય કોપર સલ્ફેટ, 50 ગ્રામ કેન્દ્રિત સલ્ફ્યુરિક એસિડ અને 50 ગ્રામ આલ્કોહોલ (વિકૃત આલ્કોહોલ), બાકીનું પાણી 1 લિટર સુધી છે. આ કરવા માટે, પ્રથમ કોપર સલ્ફેટને 500 મિલી પાણીમાં ઓગાળો, પછી નાના ભાગોમાં કાળજીપૂર્વક સલ્ફ્યુરિક એસિડ ઉમેરો ( હીટિંગ! પ્રવાહી છાંટી શકે છે!), પછી આલ્કોહોલ ઉમેરો અને 1 લિટરના જથ્થામાં પાણી ઉમેરો.
તૈયાર સોલ્યુશન સાથે કુલોમીટર ભરો અને વેરિયેબલ રેઝિસ્ટન્સ, એમીટર અને લીડ બેટરીને સર્કિટ સાથે જોડો. પ્રતિકારનો ઉપયોગ કરીને, અમે વર્તમાનને સમાયોજિત કરીએ છીએ જેથી તેની ઘનતા ઇલેક્ટ્રોડ સપાટીના 0.02-0.01 A/cm 2 હોય. જો કોપર પ્લેટનું ક્ષેત્રફળ 50 cm2 હોય, તો વર્તમાન તાકાત 0.5-1 A ની રેન્જમાં હોવી જોઈએ.
થોડા સમય પછી, આછો લાલ મેટાલિક કોપર કેથોડ (નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ) પર અવક્ષેપિત થવાનું શરૂ કરશે, અને તાંબુ એનોડ (પોઝિટિવ ઇલેક્ટ્રોડ) પર દ્રાવણમાં જશે. કોપર પ્લેટ્સને સાફ કરવા માટે, અમે લગભગ અડધા કલાક માટે કુલોમીટરમાં કરંટ ચલાવીશું. પછી અમે કેથોડને બહાર કાઢીએ છીએ, તેને ફિલ્ટર પેપરથી કાળજીપૂર્વક સૂકવીએ છીએ અને તેનું ચોક્કસ વજન કરીએ છીએ. ચાલો સેલમાં ઇલેક્ટ્રોડ ઇન્સ્ટોલ કરીએ, રિઓસ્ટેટનો ઉપયોગ કરીને સર્કિટ બંધ કરીએ અને સતત પ્રવાહ જાળવીએ, ઉદાહરણ તરીકે 1 A. એક કલાક પછી, સર્કિટ ખોલો અને સૂકા કેથોડનું ફરીથી વજન કરો. 1 A ના વર્તમાન પર, તેનું માસ ઓપરેશનના કલાક દીઠ 1.18 ગ્રામ વધશે.
તેથી, દ્રાવણમાંથી પસાર થતા 1 એમ્પીયર કલાક જેટલી વીજળીનો જથ્થો 1.18 ગ્રામ તાંબુ બહાર પાડી શકે છે. અથવા સામાન્ય રીતે: છોડવામાં આવેલા પદાર્થની માત્રા એ ઉકેલમાંથી પસાર થતી વીજળીની માત્રાના સીધા પ્રમાણસર છે.
એક આયનના 1 સમકક્ષને અલગ કરવા માટે, ઇલેક્ટ્રોડ ચાર્જ e અને એવોગાડ્રોની સંખ્યાના ઉત્પાદન જેટલી વીજળીનો જથ્થો ઉકેલમાંથી પસાર કરવો જરૂરી છે. એનઅ:
e*N A = 1.6021 * 10 -19 * 6.0225 * 10 23 = 9.65 * 10 4 A * s * mol -1 આ મૂલ્ય પ્રતીક દ્વારા દર્શાવેલ છે એફઅને તેનું નામ વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણના જથ્થાત્મક નિયમોના શોધક પછી રાખવામાં આવ્યું છે ફેરાડે નંબર(ચોક્કસ મૂલ્ય એફ- 96,498 A*s*mol -1). તેથી, ઉકેલમાંથી આપેલ સમકક્ષ સંખ્યાને અલગ કરવા n e દ્રાવણમાંથી વીજળીનો જથ્થો પસાર થવો જોઈએ F*n e A*s*mol -1 . બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો,
હું *ટી =F*nઅહ અહીં આઈ- વર્તમાન, t- સોલ્યુશન દ્વારા વર્તમાન પસાર થવાનો સમય. વિભાગમાં " ટાઇટ્રેશન બેઝિક્સ"તે પહેલેથી જ દર્શાવવામાં આવ્યું છે કે પદાર્થની સમકક્ષ સંખ્યા n e એ મોલ્સની સંખ્યા અને સમકક્ષ સંખ્યાના ગુણાંક સમાન છે:
n e = n*ઝેડઆથી:

આઈ*t = F*n*Z

આ કિસ્સામાં ઝેડ- આયન ચાર્જ (એજી + માટે ઝેડ= 1, Cu 2+ માટે ઝેડ= 2, Al 3+ માટે ઝેડ= 3, વગેરે). જો આપણે મોલ્સની સંખ્યાને દળ અને દાળના સમૂહના ગુણોત્તર તરીકે વ્યક્ત કરીએ ( n = m/M), પછી અમને એક સૂત્ર મળે છે જે અમને વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ દરમિયાન થતી તમામ પ્રક્રિયાઓની ગણતરી કરવાની મંજૂરી આપે છે:

હું *ટી =F*m*Z/M

આ સૂત્રનો ઉપયોગ કરીને તમે વર્તમાનની ગણતરી કરી શકો છો:

આઈ = F*m*Z/(t*M)= 9.65*10 4 *1.18*2 / (3600*63.54) A*s*g*mol/(s*mol*g) = 0.996 A

જો આપણે વિદ્યુત કાર્ય માટેનો સંબંધ રજૂ કરીએ ડબલ્યુ el

ડબલ્યુ el = U*I*tઅને ડબલ્યુઈમેલ/ યુ = હું *ટી

પછી, ટેન્શન જાણીને યુ, તમે ગણતરી કરી શકો છો:

ડબલ્યુ el = F*m*Z*U/M

ચોક્કસ પદાર્થને ઇલેક્ટ્રોલાઇટિક રીતે છોડવામાં કેટલો સમય લાગે છે અથવા ચોક્કસ સમયમાં કેટલો પદાર્થ છોડવામાં આવશે તેની ગણતરી કરવી પણ શક્ય છે. પ્રયોગ દરમિયાન, વર્તમાન ઘનતા નિર્દિષ્ટ મર્યાદામાં જાળવવી આવશ્યક છે. જો તે 0.01 A/cm2 કરતા ઓછું હોય, તો ખૂબ ઓછી ધાતુ બહાર આવશે, કારણ કે કોપર(I) આયનો આંશિક રીતે રચાશે. જો વર્તમાન ઘનતા ખૂબ વધારે હોય, તો ઇલેક્ટ્રોડને કોટિંગની સંલગ્નતા નબળી હશે અને જ્યારે ઇલેક્ટ્રોડને ઉકેલમાંથી દૂર કરવામાં આવે છે, ત્યારે તે ક્ષીણ થઈ શકે છે.
વ્યવહારમાં, ધાતુઓ પરના ગેલ્વેનિક કોટિંગ્સનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે કાટ સામે રક્ષણ માટે અને અરીસા જેવી ચમક મેળવવા માટે થાય છે.
વધુમાં, ધાતુઓ, ખાસ કરીને તાંબુ અને સીસાને કેથોડ (ઈલેક્ટ્રોલિટીક રિફાઈનિંગ) પર એનોડિક વિસર્જન અને અનુગામી વિભાજન દ્વારા શુદ્ધ કરવામાં આવે છે.
તાંબા અથવા નિકલ સાથે આયર્ન પ્લેટ કરવા માટે, તમારે પ્રથમ વસ્તુની સપાટીને સંપૂર્ણપણે સાફ કરવી આવશ્યક છે. આ કરવા માટે, તેને ધોયેલા ચાકથી પોલિશ કરો અને તેને કોસ્ટિક સોડા, પાણી અને આલ્કોહોલના પાતળા દ્રાવણથી ક્રમિક રીતે ડીગ્રીઝ કરો. જો વસ્તુ રસ્ટથી ઢંકાયેલી હોય, તો તમારે તેને સલ્ફ્યુરિક એસિડના 10-15% સોલ્યુશનમાં અગાઉથી અથાણું કરવાની જરૂર છે.
અમે સાફ કરેલ ઉત્પાદનને ઇલેક્ટ્રોલિટીક બાથ (નાનું માછલીઘર અથવા બીકર) માં લટકાવીએ છીએ, જ્યાં તે કેથોડ તરીકે સેવા આપશે.
કોપર પ્લેટિંગ લગાવવાના સોલ્યુશનમાં 1 લિટર પાણીમાં 250 ગ્રામ કોપર સલ્ફેટ અને 80-100 ગ્રામ સાંદ્ર સલ્ફ્યુરિક એસિડ હોય છે (સાવધાન!). આ કિસ્સામાં, કોપર પ્લેટ એનોડ તરીકે સેવા આપશે. એનોડની સપાટી લગભગ કોટેડ પદાર્થની સપાટી જેટલી હોવી જોઈએ. તેથી, તમારે હંમેશા ખાતરી કરવી જોઈએ કે કોપર એનોડ કેથોડ જેટલી જ ઊંડાઈએ સ્નાનમાં અટકે છે.
પ્રક્રિયા 3-4 V (બે બેટરી) ના વોલ્ટેજ અને 0.02-0.4 A/cm 2 ની વર્તમાન ઘનતા પર હાથ ધરવામાં આવશે. બાથમાં સોલ્યુશનનું તાપમાન 18-25 ° સે હોવું જોઈએ.
ચાલો એ હકીકત પર ધ્યાન આપીએ કે એનોડ પ્લેન અને કોટેડ કરવાની સપાટી એકબીજાની સમાંતર છે. જટિલ આકાર ધરાવતી વસ્તુઓનો ઉપયોગ ન કરવો તે વધુ સારું છે. વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણની અવધિમાં ફેરફાર કરીને, વિવિધ જાડાઈના કોપર કોટિંગ્સ મેળવવાનું શક્ય છે.
ઘણીવાર તેઓ આ સ્તર પર અન્ય ધાતુના ટકાઉ કોટિંગ લાગુ કરવા માટે પ્રારંભિક કોપર પ્લેટિંગનો આશરો લે છે. આનો ઉપયોગ ખાસ કરીને લોખંડના ક્રોમ પ્લેટિંગ, ઝિંક કાસ્ટિંગના નિકલ પ્લેટિંગ અને અન્ય કિસ્સાઓમાં થાય છે. સાચું, આ હેતુ માટે ખૂબ જ ઝેરી સાયનાઇડ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સનો ઉપયોગ થાય છે.
નિકલ પ્લેટિંગ માટે ઇલેક્ટ્રોલાઇટ તૈયાર કરવા માટે, 25 ગ્રામ સ્ફટિકીય નિકલ સલ્ફેટ, 10 ગ્રામ બોરિક એસિડ અથવા 10 ગ્રામ સોડિયમ સાઇટ્રેટને 450 મિલી પાણીમાં ઓગાળો. તમે સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ અથવા સોડા સોલ્યુશનના પાતળા દ્રાવણ સાથે 10 ગ્રામ સાઇટ્રિક એસિડના દ્રાવણને તટસ્થ કરીને સોડિયમ સાઇટ્રેટ જાતે તૈયાર કરી શકો છો. એનોડને સૌથી મોટા સંભવિત વિસ્તારની નિકલ પ્લેટ બનવા દો, અને બેટરીને વોલ્ટેજ સ્ત્રોત તરીકે લો.
ચલ પ્રતિકારનો ઉપયોગ કરીને, અમે વર્તમાન ઘનતા 0.005 A/cm 2 ની બરાબર જાળવી રાખીશું. ઉદાહરણ તરીકે, 20 cm 2 ની ઑબ્જેક્ટ સપાટી સાથે, તમારે 0.1 A ની વર્તમાન તાકાત પર કામ કરવાની જરૂર છે. અડધા કલાકના કામ પછી, ઑબ્જેક્ટ પહેલેથી જ નિકલ-પ્લેટેડ હશે. ચાલો તેને સ્નાનમાંથી બહાર કાઢીએ અને તેને કપડાથી સાફ કરીએ. જો કે, નિકલ પ્લેટિંગની પ્રક્રિયામાં વિક્ષેપ ન કરવો તે વધુ સારું છે, કારણ કે તે પછી નિકલ સ્તર નિષ્ક્રિય થઈ શકે છે અને અનુગામી નિકલ કોટિંગ સારી રીતે વળગી રહેશે નહીં.
યાંત્રિક પોલિશિંગ વિના અરીસામાં ચમક મેળવવા માટે, અમે ગેલ્વેનિક બાથમાં કહેવાતા શાઇન-ફોર્મિંગ એડિટિવ દાખલ કરીએ છીએ. આવા ઉમેરણોમાં, ઉદાહરણ તરીકે, ગુંદર, જિલેટીન, ખાંડનો સમાવેશ થાય છે. તમે, ઉદાહરણ તરીકે, નિકલ સ્નાનમાં થોડા ગ્રામ ખાંડ ઉમેરી શકો છો અને તેની અસરનો અભ્યાસ કરી શકો છો.
લોખંડના ક્રોમ પ્લેટિંગ (પ્રારંભિક કોપર પ્લેટિંગ પછી) માટે ઇલેક્ટ્રોલાઇટ તૈયાર કરવા માટે, 100 મિલી પાણીમાં 40 ગ્રામ ક્રોમિક એનહાઇડ્રાઇડ CrO 3 (સાવધાની! ઝેર!) અને બરાબર 0.5 ગ્રામ સલ્ફ્યુરિક એસિડ (કોઈ પણ સંજોગોમાં વધુ નહીં!) ઓગાળો. પ્રક્રિયા લગભગ 0.1 A/cm 2 ની વર્તમાન ઘનતા પર થાય છે, અને એનોડ તરીકે લીડ પ્લેટનો ઉપયોગ થાય છે, જેનો વિસ્તાર ક્રોમ-પ્લેટેડ સપાટીના વિસ્તાર કરતા થોડો ઓછો હોવો જોઈએ.
નિકલ અને ક્રોમ બાથ શ્રેષ્ઠ રીતે સહેજ ગરમ કરવામાં આવે છે (લગભગ 35 ° સે). મહેરબાની કરીને નોંધ કરો કે ક્રોમ પ્લેટિંગ માટેના ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ, ખાસ કરીને લાંબી પ્રક્રિયા દરમિયાન અને ઉચ્ચ પ્રવાહ દરમિયાન, ક્રોમિક એસિડ ધરાવતી વરાળ બહાર કાઢે છે, જે સ્વાસ્થ્ય માટે ખૂબ જ હાનિકારક છે. તેથી, ક્રોમ પ્લેટિંગ ટ્રેક્શન હેઠળ અથવા ખુલ્લી હવામાં હાથ ધરવામાં આવવી જોઈએ, ઉદાહરણ તરીકે બાલ્કની પર.
જ્યારે ક્રોમ પ્લેટિંગ (અને થોડા અંશે, નિકલ પ્લેટિંગ), ત્યારે તમામ કરંટનો ઉપયોગ મેટલ ડિપોઝિશન માટે થતો નથી. તે જ સમયે, હાઇડ્રોજન પ્રકાશિત થાય છે. સંખ્યાબંધ વોલ્ટેજના આધારે, એવી અપેક્ષા રાખવામાં આવશે કે હાઇડ્રોજનની સામેની ધાતુઓ જલીય દ્રાવણમાંથી બિલકુલ મુક્ત થવી જોઈએ નહીં, પરંતુ તેનાથી વિપરિત, ઓછા સક્રિય હાઇડ્રોજન છોડવા જોઈએ. જો કે, અહીં, ધાતુઓના એનોડિક વિસર્જનની જેમ, હાઇડ્રોજનના કેથોડિક ઉત્ક્રાંતિને ઘણીવાર અટકાવવામાં આવે છે અને તે માત્ર ઉચ્ચ વોલ્ટેજ પર જ જોવા મળે છે. આ ઘટનાને હાઇડ્રોજન ઓવરવોલ્ટેજ કહેવામાં આવે છે, અને તે ખાસ કરીને મોટી છે, ઉદાહરણ તરીકે, લીડ પર. આ સંજોગો માટે આભાર, લીડ-એસિડ બેટરી કાર્ય કરી શકે છે. બેટરી ચાર્જ કરતી વખતે, PbO 2 ને બદલે, હાઇડ્રોજન કેથોડ પર દેખાવું જોઈએ, પરંતુ, ઓવરવોલ્ટેજને કારણે, જ્યારે બેટરી લગભગ સંપૂર્ણ ચાર્જ થાય છે ત્યારે હાઇડ્રોજનનું ઉત્ક્રાંતિ શરૂ થાય છે.

જો પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ્સની સમગ્ર શ્રેણીમાંથી આપણે ફક્ત તે જ ઇલેક્ટ્રોડ પ્રક્રિયાઓ પસંદ કરીએ જે સામાન્ય સમીકરણને અનુરૂપ હોય.

પછી આપણને ધાતુના તાણની શ્રેણી મળે છે. ધાતુઓ ઉપરાંત, આ શ્રેણીમાં હંમેશા હાઇડ્રોજનનો સમાવેશ થશે, જે તમને એ જોવાની પરવાનગી આપે છે કે કઈ ધાતુઓ એસિડના જલીય દ્રાવણમાંથી હાઇડ્રોજનને વિસ્થાપિત કરવામાં સક્ષમ છે.

કોષ્ટક 19. મેટલ તણાવની શ્રેણી

સૌથી મહત્વપૂર્ણ ધાતુઓ માટે સંખ્યાબંધ તાણ કોષ્ટકમાં આપવામાં આવ્યા છે. 19. તાણ શ્રેણીમાં ચોક્કસ ધાતુની સ્થિતિ પ્રમાણભૂત પરિસ્થિતિઓ હેઠળ જલીય દ્રાવણમાં રેડોક્સ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાંથી પસાર થવાની તેની ક્ષમતાને દર્શાવે છે. ધાતુના આયનો ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટો છે, અને સરળ પદાર્થોના સ્વરૂપમાં ધાતુઓ ઘટાડતા એજન્ટો છે. તદુપરાંત, વોલ્ટેજ શ્રેણીમાં ધાતુ જેટલી આગળ સ્થિત હોય છે, જલીય દ્રાવણમાં ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ તેના આયનો જેટલા મજબૂત હોય છે, અને તેનાથી વિપરિત, ધાતુ શ્રેણીની શરૂઆતની જેટલી નજીક હોય છે, તેટલી સરળના ઘટાડાના ગુણધર્મો વધુ મજબૂત હોય છે. પદાર્થ - ધાતુ.

ઇલેક્ટ્રોડ પ્રક્રિયા સંભવિત

તટસ્થ વાતાવરણમાં તે B ની બરાબર છે (જુઓ પૃષ્ઠ 273). શ્રેણીની શરૂઆતમાં સક્રિય ધાતુઓ, જે -0.41 V કરતા નોંધપાત્ર રીતે વધુ નકારાત્મક હોય છે, પાણીમાંથી હાઇડ્રોજનને વિસ્થાપિત કરે છે. મેગ્નેશિયમ માત્ર ગરમ પાણીમાંથી હાઇડ્રોજનને વિસ્થાપિત કરે છે. મેગ્નેશિયમ અને કેડમિયમ વચ્ચે સ્થિત ધાતુઓ સામાન્ય રીતે પાણીમાંથી હાઇડ્રોજનને વિસ્થાપિત કરતી નથી. આ ધાતુઓની સપાટી પર ઓક્સાઇડ ફિલ્મો રચાય છે, જે રક્ષણાત્મક અસર ધરાવે છે.

મેગ્નેશિયમ અને હાઇડ્રોજન વચ્ચે સ્થિત ધાતુઓ એસિડ સોલ્યુશનમાંથી હાઇડ્રોજનને વિસ્થાપિત કરે છે. તે જ સમયે, કેટલીક ધાતુઓની સપાટી પર રક્ષણાત્મક ફિલ્મો પણ રચાય છે, જે પ્રતિક્રિયાને અટકાવે છે. આમ, એલ્યુમિનિયમ પરની ઓક્સાઇડ ફિલ્મ આ ધાતુને માત્ર પાણીમાં જ નહીં, પરંતુ અમુક એસિડના ઉકેલમાં પણ સ્થિર બનાવે છે. લીડ સલ્ફ્યુરિક એસિડમાં તેની નીચેની સાંદ્રતામાં ઓગળી શકતું નથી, કારણ કે જ્યારે સીસું સલ્ફ્યુરિક એસિડ સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે ત્યારે બનેલું મીઠું અદ્રાવ્ય હોય છે અને ધાતુની સપાટી પર રક્ષણાત્મક ફિલ્મ બનાવે છે. તેની સપાટી પર રક્ષણાત્મક ઓક્સાઇડ અથવા મીઠાની ફિલ્મોની હાજરીને કારણે ધાતુના ઓક્સિડેશનના ઊંડા અવરોધની ઘટનાને નિષ્ક્રિયતા કહેવામાં આવે છે, અને આ કિસ્સામાં ધાતુની સ્થિતિને નિષ્ક્રિય સ્થિતિ કહેવામાં આવે છે.

ધાતુઓ મીઠાના ઉકેલોમાંથી એકબીજાને વિસ્થાપિત કરવામાં સક્ષમ છે. પ્રતિક્રિયાની દિશા તાણની શ્રેણીમાં તેમની સંબંધિત સ્થિતિ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે. આવી પ્રતિક્રિયાઓના ચોક્કસ કિસ્સાઓને ધ્યાનમાં લેતી વખતે, તે યાદ રાખવું જોઈએ કે સક્રિય ધાતુઓ માત્ર પાણીમાંથી જ નહીં, પરંતુ કોઈપણ જલીય દ્રાવણમાંથી પણ હાઇડ્રોજનને વિસ્થાપિત કરે છે. તેથી, તેમના ક્ષારના ઉકેલોમાંથી ધાતુઓનું પરસ્પર વિસ્થાપન વ્યવહારીક રીતે માત્ર મેગ્નેશિયમ પછી શ્રેણીમાં સ્થિત ધાતુઓના કિસ્સામાં થાય છે.

અન્ય ધાતુઓ દ્વારા તેમના સંયોજનોમાંથી ધાતુઓના વિસ્થાપનનો વિગતવાર અભ્યાસ કરનાર બેકેટોવ પ્રથમ હતા. તેમના કાર્યના પરિણામે, તેમણે ધાતુઓને તેમની રાસાયણિક પ્રવૃત્તિ અનુસાર વિસ્થાપન શ્રેણીમાં ગોઠવી, જે ધાતુના તાણની શ્રેણીનો પ્રોટોટાઇપ છે.

તાણ શ્રેણીમાં અને સામયિક કોષ્ટકમાં પ્રથમ નજરમાં કેટલીક ધાતુઓની સંબંધિત સ્થિતિ એકબીજાને અનુરૂપ નથી. ઉદાહરણ તરીકે, સામયિક કોષ્ટકની સ્થિતિ અનુસાર, પોટેશિયમની રાસાયણિક પ્રવૃત્તિ સોડિયમ કરતાં વધુ હોવી જોઈએ, અને સોડિયમ - લિથિયમ કરતાં વધુ. વોલ્ટેજની શ્રેણીમાં, લિથિયમ સૌથી વધુ સક્રિય છે, અને પોટેશિયમ લિથિયમ અને સોડિયમ વચ્ચે મધ્યમ સ્થાન ધરાવે છે. જસત અને તાંબુ, સામયિક કોષ્ટકમાં તેમની સ્થિતિ અનુસાર, લગભગ સમાન રાસાયણિક પ્રવૃત્તિ હોવી જોઈએ, પરંતુ વોલ્ટેજ શ્રેણીમાં, ઝીંક તાંબા કરતાં ખૂબ પહેલા સ્થિત છે. આ પ્રકારની અસંગતતાનું કારણ નીચે મુજબ છે.

સામયિક કોષ્ટકમાં એક અથવા બીજી સ્થિતિ પર કબજો કરતી ધાતુઓની તુલના કરતી વખતે, મુક્ત અણુઓની આયનીકરણ ઊર્જાને તેમની રાસાયણિક પ્રવૃત્તિના માપ તરીકે લેવામાં આવે છે - ક્ષમતા ઘટાડવાની. ખરેખર, જ્યારે, ઉદાહરણ તરીકે, સામયિક પ્રણાલીના જૂથ I ના મુખ્ય પેટાજૂથ સાથે ઉપરથી નીચે તરફ ખસેડવામાં આવે છે, ત્યારે અણુઓની આયનીકરણ ઊર્જા ઘટે છે, જે તેમની ત્રિજ્યામાં વધારો સાથે સંકળાયેલ છે (એટલે ​​​​કે, બાહ્ય ઇલેક્ટ્રોનના વધુ અંતર સાથે. ન્યુક્લિયસમાંથી) અને મધ્યવર્તી ઇલેક્ટ્રોનિક સ્તરો દ્વારા ન્યુક્લિયસના હકારાત્મક ચાર્જની વધતી તપાસ સાથે (જુઓ § 31). તેથી, પોટેશિયમ અણુઓ વધુ રાસાયણિક પ્રવૃત્તિ પ્રદર્શિત કરે છે - તેઓ સોડિયમ પરમાણુ કરતાં વધુ મજબૂત ઘટાડવાના ગુણધર્મો ધરાવે છે, અને સોડિયમ પરમાણુ લિથિયમ પરમાણુ કરતાં વધુ પ્રવૃત્તિ દર્શાવે છે.

વોલ્ટેજની શ્રેણીમાં ધાતુઓની સરખામણી કરતી વખતે, નક્કર સ્થિતિમાં ધાતુને જલીય દ્રાવણમાં હાઇડ્રેટેડ આયનોમાં રૂપાંતરિત કરવાનું કાર્ય રાસાયણિક પ્રવૃત્તિના માપ તરીકે લેવામાં આવે છે. આ કાર્યને ત્રણ શબ્દોના સરવાળા તરીકે રજૂ કરી શકાય છે: અણુકરણ ઊર્જા - ધાતુના સ્ફટિકનું અલગ અણુઓમાં રૂપાંતર, મુક્ત ધાતુના અણુઓની આયનીકરણ ઊર્જા અને પરિણામી આયનોની હાઇડ્રેશન ઊર્જા. એટોમાઇઝેશન એનર્જી આપેલ ધાતુની સ્ફટિક જાળીની મજબૂતાઈ દર્શાવે છે. અણુઓના આયનીકરણની ઊર્જા - તેમાંથી વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન દૂર કરવું - સામયિક કોષ્ટકમાં ધાતુની સ્થિતિ દ્વારા સીધી રીતે નિર્ધારિત થાય છે. હાઇડ્રેશન દરમિયાન મુક્ત થતી ઊર્જા આયનની ઇલેક્ટ્રોનિક રચના, તેના ચાર્જ અને ત્રિજ્યા પર આધારિત છે.

લિથિયમ અને પોટેશિયમ આયનો, સમાન ચાર્જ ધરાવતા પરંતુ અલગ-અલગ ત્રિજ્યા, પોતાની આસપાસ અસમાન વિદ્યુત ક્ષેત્રો બનાવશે. નાના લિથિયમ આયનોની નજીક ઉત્પન્ન થયેલ ક્ષેત્ર મોટા પોટેશિયમ આયનોની નજીકના ક્ષેત્ર કરતાં વધુ મજબૂત હશે. આના પરથી સ્પષ્ટ થાય છે કે લિથિયમ આયનો પોટેશિયમ આયનો કરતાં વધુ ઊર્જાના પ્રકાશન સાથે હાઇડ્રેટ થશે.

આમ, વિચારણા હેઠળના રૂપાંતરણ દરમિયાન, ઊર્જા પરમાણુકરણ અને આયનીકરણ પર ખર્ચવામાં આવે છે અને હાઇડ્રેશન દરમિયાન ઊર્જા મુક્ત થાય છે. કુલ ઉર્જાનો વપરાશ જેટલો ઓછો હશે, તેટલી આખી પ્રક્રિયા સરળ બનશે અને આપેલ ધાતુ સ્થિત થયેલ તણાવ શ્રેણીની શરૂઆતની નજીક આવશે. પરંતુ સામાન્ય ઉર્જા સંતુલનની ત્રણ શરતોમાંથી, માત્ર એક - આયનીકરણ ઊર્જા - સામયિક કોષ્ટકમાં ધાતુની સ્થિતિ દ્વારા સીધી રીતે નિર્ધારિત થાય છે. પરિણામે, એવી અપેક્ષા રાખવાનું કોઈ કારણ નથી કે તણાવ શ્રેણીમાં અમુક ધાતુઓની સંબંધિત સ્થિતિ હંમેશા સામયિક કોષ્ટકમાં તેમની સ્થિતિને અનુરૂપ હશે. આમ, લિથિયમ માટે, કુલ ઉર્જાનો વપરાશ પોટેશિયમ કરતાં ઓછો થાય છે, જે મુજબ લિથિયમ વોલ્ટેજ શ્રેણીમાં પોટેશિયમ પહેલાં આવે છે.

તાંબા અને જસત માટે, મુક્ત અણુઓના આયનીકરણ માટે ઉર્જાનો ખર્ચ અને આયન હાઇડ્રેશન દરમિયાન ઉર્જાનો લાભ નજીક છે. પરંતુ ધાતુનું તાંબુ ઝીંક કરતાં વધુ મજબૂત સ્ફટિક જાળી બનાવે છે, જેમ કે આ ધાતુઓના ગલન તાપમાનની સરખામણી પરથી જોઈ શકાય છે: ઝીંક પર પીગળે છે અને તાંબુ માત્ર પર. તેથી, આ ધાતુઓના પરમાણુકરણ પર ખર્ચવામાં આવતી ઊર્જા નોંધપાત્ર રીતે અલગ છે, જેના પરિણામે તાંબાના કિસ્સામાં સમગ્ર પ્રક્રિયા માટે કુલ ઊર્જા ખર્ચ ઝિંકના કિસ્સામાં કરતાં ઘણો વધારે છે, જે આની સંબંધિત સ્થિતિને સમજાવે છે. તણાવ શ્રેણીમાં ધાતુઓ.

જ્યારે પાણીમાંથી બિન-જલીય દ્રાવકમાં પસાર થાય છે, ત્યારે વોલ્ટેજ શ્રેણીમાં ધાતુઓની સંબંધિત સ્થિતિ બદલાઈ શકે છે. આનું કારણ એ છે કે જ્યારે એક દ્રાવકમાંથી બીજા દ્રાવકમાં જાય છે ત્યારે વિવિધ ધાતુના આયનોની દ્રાવ્ય ઊર્જા અલગ રીતે બદલાય છે.

ખાસ કરીને, કોપર આયન કેટલાક કાર્બનિક દ્રાવકોમાં ખૂબ જોરશોરથી ઉકેલાય છે; આ એ હકીકત તરફ દોરી જાય છે કે આવા દ્રાવકોમાં તાંબુ હાઇડ્રોજન પહેલાં વોલ્ટેજ શ્રેણીમાં સ્થિત છે અને તેને એસિડ સોલ્યુશનથી વિસ્થાપિત કરે છે.

આમ, તત્વોની સામયિક પ્રણાલીથી વિપરીત, ધાતુના તાણની શ્રેણી એ સામાન્ય પેટર્નનું પ્રતિબિંબ નથી, જેના આધારે ધાતુના રાસાયણિક ગુણધર્મોની વ્યાપક લાક્ષણિકતા આપવી શક્ય છે. વોલ્ટેજની શ્રેણી સખત રીતે વ્યાખ્યાયિત શરતો હેઠળ ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ સિસ્ટમ "મેટલ - મેટલ આયન" ની માત્ર રેડોક્સ ક્ષમતાને જ દર્શાવે છે: તેમાં આપેલા મૂલ્યો મેટલ આયનોના જલીય દ્રાવણ, તાપમાન અને એકમ સાંદ્રતા (પ્રવૃત્તિ) નો સંદર્ભ આપે છે.

ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ કોષ (ગેલ્વેનિક સેલ) માં, આયનોની રચના પછી બાકી રહેલા ઇલેક્ટ્રોનને મેટલ વાયર દ્વારા દૂર કરવામાં આવે છે અને અન્ય પ્રકારના આયનો સાથે ફરીથી જોડવામાં આવે છે. એટલે કે, બાહ્ય સર્કિટમાં ચાર્જ ઇલેક્ટ્રોન દ્વારા, અને કોષની અંદર, ઇલેક્ટ્રોલાઇટ દ્વારા, જેમાં મેટલ ઇલેક્ટ્રોડ ડૂબી જાય છે, આયનો દ્વારા સ્થાનાંતરિત થાય છે. આ બંધ વિદ્યુત સર્કિટ બનાવે છે.

ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ કોષમાં માપવામાં આવેલ સંભવિત તફાવત છેઓ ઇલેક્ટ્રોન દાન કરવાની દરેક ધાતુની ક્ષમતામાં તફાવત દ્વારા સમજાવવામાં આવે છે. દરેક ઇલેક્ટ્રોડની પોતાની ક્ષમતા હોય છે, દરેક ઇલેક્ટ્રોડ-ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સિસ્ટમ અર્ધ-કોષ હોય છે, અને કોઈપણ બે અર્ધ-કોષો ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ સેલ બનાવે છે. એક ઇલેક્ટ્રોડની સંભવિતતાને અર્ધ-સેલ સંભવિત કહેવામાં આવે છે, અને તે ઇલેક્ટ્રોનની દાન કરવાની ઇલેક્ટ્રોડની ક્ષમતા નક્કી કરે છે. તે સ્પષ્ટ છે કે દરેક અર્ધ-તત્વની સંભવિતતા બીજા અર્ધ-તત્વની હાજરી અને તેની સંભવિતતા પર આધારિત નથી. અર્ધ-સેલ સંભવિત ઇલેક્ટ્રોલાઇટ અને તાપમાનમાં આયનોની સાંદ્રતા દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે.

હાઇડ્રોજનને "શૂન્ય" અર્ધ-તત્વ તરીકે પસંદ કરવામાં આવ્યું હતું, એટલે કે. એવું માનવામાં આવે છે કે જ્યારે આયન બનાવવા માટે ઇલેક્ટ્રોન ઉમેરવામાં આવે છે અથવા દૂર કરવામાં આવે છે ત્યારે તેના માટે કોઈ કાર્ય કરવામાં આવતું નથી. "શૂન્ય" સંભવિત મૂલ્ય ઇલેક્ટ્રોન આપવા અને સ્વીકારવા માટે કોષના બે અડધા કોષોમાંથી પ્રત્યેકની સંબંધિત ક્ષમતાને સમજવા માટે જરૂરી છે.

હાઇડ્રોજન વિદ્યુતધ્રુવની સાપેક્ષમાં માપવામાં આવેલ અર્ધ-સેલ પોટેન્શિયલ્સને હાઇડ્રોજન સ્કેલ કહેવામાં આવે છે. જો વિદ્યુતરાસાયણિક કોષના અડધા ભાગમાં ઇલેક્ટ્રોનનું દાન કરવાની થર્મોડાયનેમિક વલણ બીજા કરતા વધારે હોય, તો પ્રથમ અર્ધ-કોષની સંભવિતતા બીજાની સંભવિતતા કરતા વધારે હોય છે. સંભવિત તફાવતના પ્રભાવ હેઠળ, ઇલેક્ટ્રોન પ્રવાહ થશે. જ્યારે બે ધાતુઓને જોડવામાં આવે છે, ત્યારે તેમની વચ્ચે ઉદ્ભવતા સંભવિત તફાવત અને ઇલેક્ટ્રોન પ્રવાહની દિશા નક્કી કરવી શક્ય છે.

ઇલેક્ટ્રોપોઝિટિવ મેટલમાં ઇલેક્ટ્રોન સ્વીકારવાની ઉચ્ચ ક્ષમતા હોય છે, તેથી તે કેથોડિક અથવા ઉમદા હશે. બીજી બાજુ, ત્યાં ઇલેક્ટ્રોનગેટિવ ધાતુઓ છે, જે સ્વયંભૂ ઇલેક્ટ્રોનનું દાન કરવામાં સક્ષમ છે. આ ધાતુઓ પ્રતિક્રિયાશીલ છે અને તેથી એનોડિક છે:

- → 0 → +

Al Mn Zn Fe Sn Pb H 2 Cu Ag Au

ઉદાહરણ તરીકે Cu ઇલેક્ટ્રોન વધુ સરળતાથી છોડી દે છેએજી, પરંતુ ફે કરતાં વધુ ખરાબ . કોપર ઇલેક્ટ્રોડની હાજરીમાં, ચાંદીના નોનિયન્સ ઇલેક્ટ્રોન સાથે સંયોજિત થવાનું શરૂ કરશે, પરિણામે તાંબાના આયનોની રચના અને મેટાલિક ચાંદીનો વરસાદ થશે:

2 Ag + + Cu → Cu 2+ + 2 Ag

જો કે, તે જ તાંબુ લોખંડ કરતાં ઓછું પ્રતિક્રિયાશીલ છે. જ્યારે મેટાલિક આયર્ન કોપર નોનેટ્સના સંપર્કમાં આવે છે, ત્યારે તે અવક્ષેપ કરશે અને આયર્ન દ્રાવણમાં જશે:

Fe + Cu 2+ → Fe 2+ + Cu.

આપણે કહી શકીએ કે તાંબુ એ લોખંડની તુલનામાં કેથોડ ધાતુ છે અને ચાંદીની તુલનામાં એનોડિક ધાતુ છે.

પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ એ 25 0 સે. પર આયનોના સંપર્કમાં રહેલા ઇલેક્ટ્રોડ તરીકે સંપૂર્ણ એનિલેડ શુદ્ધ ધાતુના અડધા કોષની સંભવિત માનવામાં આવે છે. આ માપમાં, હાઇડ્રોજન ઇલેક્ટ્રોડ સંદર્ભ ઇલેક્ટ્રોડ તરીકે કાર્ય કરે છે. દ્વિભાષી ધાતુના કિસ્સામાં, આપણે અનુરૂપ ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ કોષમાં થતી પ્રતિક્રિયાને લખી શકીએ છીએ:

M + 2H +→ M 2+ + H 2.

જો આપણે ધાતુઓને તેમના પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિતતાના ઉતરતા ક્રમમાં ગોઠવીએ છીએ, તો અમે મેટલ વોલ્ટેજની કહેવાતી ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ શ્રેણી (કોષ્ટક 1) મેળવીએ છીએ.

કોષ્ટક 1. મેટલ વોલ્ટેજની ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ શ્રેણી

ઉદાહરણ તરીકે, કોપર-ઝીંક ગેલ્વેનિક કોષમાં, ઝીંકથી કોપરમાં ઇલેક્ટ્રોનનો પ્રવાહ છે. કોપર ઇલેક્ટ્રોડ આ સર્કિટમાં હકારાત્મક ધ્રુવ છે, અને ઝીંક ઇલેક્ટ્રોડ નકારાત્મક ધ્રુવ છે. વધુ પ્રતિક્રિયાશીલ ઝીંક ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવે છે:

Zn → Zn 2+ + 2e - ; E °=+0.763 વી.

કોપર ઓછી પ્રતિક્રિયાશીલ છે અને ઝીંકમાંથી ઇલેક્ટ્રોન સ્વીકારે છે:

Cu 2+ + 2e - → ક્યુ; E °=+0.337 વી.

ઇલેક્ટ્રોડ્સને જોડતા મેટલ વાયર પરનો વોલ્ટેજ હશે:

0.763 V + 0.337 V = 1.1 V.

કોષ્ટક 2. સામાન્ય હાઇડ્રોજન ઇલેક્ટ્રોડ (GOST 9.005-72) ના સંબંધમાં દરિયાના પાણીમાં કેટલીક ધાતુઓ અને એલોયની સ્થિર સંભવિતતા.

નોંધ . ધાતુઓની શુદ્ધતા, દરિયાઈ પાણીની રચના, વાયુમિશ્રણની ડિગ્રી અને ધાતુઓની સપાટીની સ્થિતિને આધારે સંભવિતતાના સંકેતિત આંકડાકીય મૂલ્યો અને શ્રેણીમાં ધાતુઓનો ક્રમ વિવિધ ડિગ્રીઓમાં બદલાઈ શકે છે.

બધા ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રક્રિયાઓબે વિરોધી જૂથોમાં વિભાજિત કરી શકાય છે: વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ પ્રક્રિયાઓ, જેમાં વીજળીના બાહ્ય સ્ત્રોતના પ્રભાવ હેઠળ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ થાય છે, અને ચોક્કસ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓના પરિણામે ઇલેક્ટ્રોમોટિવ બળ અને ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહના ઉદભવની પ્રક્રિયાઓ.

પ્રક્રિયાઓના પ્રથમ જૂથમાં, વિદ્યુત ઊર્જા રાસાયણિક ઊર્જામાં રૂપાંતરિત થાય છે, બીજામાં, તેનાથી વિપરીત, રાસાયણિક ઊર્જા વિદ્યુત ઊર્જામાં રૂપાંતરિત થાય છે.

બંને પ્રકારની પ્રક્રિયાઓના ઉદાહરણોમાં બેટરીમાં થતી પ્રક્રિયાઓનો સમાવેશ થાય છે. તેથી, જ્યારે વિદ્યુત ઉર્જા જનરેટરની લીડ બેટરી કામ કરે છે, ત્યારે નીચેની પ્રતિક્રિયા થાય છે:

Pb + PbO 2 + 4H + + 2SO 4 2- → PbSO 4 + 2H 2 O.

આ પ્રતિક્રિયાના પરિણામે, ઊર્જા મુક્ત થાય છે, જે વીજળીમાં રૂપાંતરિત થાય છે. જ્યારે બેટરી ડિસ્ચાર્જ થાય છે, ત્યારે તે વિરુદ્ધ દિશામાં ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ પસાર કરીને ચાર્જ થાય છે.

રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા પણ વિરુદ્ધ દિશામાં થાય છે:

2РbSO 4 + 2Н 2 O → Рb + РbO 2 + 4Н + + 2SO 4 2- .

આ કિસ્સામાં, વિદ્યુત ઊર્જા રાસાયણિક ઊર્જામાં ફેરવાઈ. બેટરીમાં હવે ઊર્જા અનામત છે અને તેને ફરીથી ડિસ્ચાર્જ કરી શકાય છે.

જ્યારે સર્કિટમાં ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ વહે છે ત્યારે તમામ ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રતિક્રિયાઓ થાય છે. આ વર્તુળમાં આવશ્યકપણે શ્રેણીમાં જોડાયેલા મેટલ વાહક અને ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સોલ્યુશન (અથવા ઓગળવું) હોય છે. ધાતુના વાહકમાં, જેમ આપણે જાણીએ છીએ, વર્તમાન ઇલેક્ટ્રોન દ્વારા વહન કરવામાં આવે છે, ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સના દ્રાવણમાં - આયનો દ્વારા. સર્કિટમાં વર્તમાન પ્રવાહની સાતત્ય માત્ર ત્યારે જ સુનિશ્ચિત થાય છે જ્યારે ઇલેક્ટ્રોડ્સ પર પ્રક્રિયાઓ થાય છે, એટલે કે. મેટલ પર - ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સીમા પર એક ઇલેક્ટ્રોન પ્રાપ્ત કરવાની પ્રક્રિયા થાય છે - ઘટાડો, બીજા ઇલેક્ટ્રોડ પર - ઇલેક્ટ્રોન છોડવાની પ્રક્રિયા, એટલે કે. ઓક્સિડેશન

પરંપરાગત રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓથી વિપરીત વિદ્યુતરાસાયણિક પ્રક્રિયાઓનું લક્ષણ ઓક્સિડેશન અને ઘટાડા પ્રક્રિયાઓનું અવકાશી વિભાજન છે. આ પ્રક્રિયાઓ, જે એકબીજા વિના થઈ શકતી નથી, તે ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ સિસ્ટમમાં એકંદર રાસાયણિક પ્રક્રિયાની રચના કરે છે.

જો તમે ધાતુની પ્લેટ (ઇલેક્ટ્રોડ) ને ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સોલ્યુશનમાં નિમજ્જિત કરો છો, તો પ્લેટ અને સોલ્યુશન વચ્ચે સંભવિત તફાવત ઊભો થાય છે, જેને ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિત કહેવામાં આવે છે.

ચાલો તેની ઘટનાના કારણોને ધ્યાનમાં લઈએ. ધાતુના સ્ફટિક જાળીના ગાંઠોમાં માત્ર હકારાત્મક ચાર્જ આયનો હોય છે. ધ્રુવીય દ્રાવક પરમાણુઓ સાથેની તેમની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને કારણે, તેઓ સ્ફટિકથી દૂર થઈને દ્રાવણમાં જાય છે. આ સંક્રમણના પરિણામે, મેટલ પ્લેટમાં વધુ પડતા ઇલેક્ટ્રોન રહે છે, જેના કારણે તે નકારાત્મક ચાર્જ મેળવે છે. ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક આકર્ષણને કારણે દ્રાવણમાં પ્રવેશતા હકારાત્મક ચાર્જ આયનો સીધા મેટલ ઇલેક્ટ્રોડની સપાટી પર રહે છે. ઇલેક્ટ્રિકલ ડબલ લેયર રચાય છે. ઇલેક્ટ્રોડ અને સોલ્યુશન વચ્ચે સંભવિત જમ્પ થાય છે, જેને ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ કહેવામાં આવે છે.

ધાતુમાંથી દ્રાવણમાં આયનોના સંક્રમણની સાથે, વિપરીત પ્રક્રિયા પણ થાય છે. ધાતુમાંથી દ્રાવણ V 1 તરફ આયનોના સંક્રમણનો દર દ્રાવણમાંથી ધાતુ V 2 (V 2 ˃ V 1)માં આયનોના વિપરીત સંક્રમણના દર કરતા વધારે હોઈ શકે છે.

ઝડપમાં આ તફાવત ધાતુમાં હકારાત્મક આયનોની સંખ્યામાં ઘટાડો અને દ્રાવણમાં તેમની સંખ્યામાં વધારો તરફ દોરી જશે. મેટલ ઇલેક્ટ્રોડ નકારાત્મક ચાર્જ મેળવે છે, અને સોલ્યુશન હકારાત્મક ચાર્જ મેળવે છે.

V 1 ‒V 2 જેટલો મોટો તફાવત, મેટલ ઇલેક્ટ્રોડનો ચાર્જ વધુ નકારાત્મક હશે. બદલામાં, V 2 નું મૂલ્ય સોલ્યુશનમાં મેટલ આયનોની સામગ્રી પર આધારિત છે; તેમની ઉચ્ચ સાંદ્રતા ઉચ્ચ વેગ V 2 ને અનુરૂપ છે. પરિણામે, સોલ્યુશનમાં આયનોની વધતી સાંદ્રતા સાથે, મેટલ ઇલેક્ટ્રોડનો નકારાત્મક ચાર્જ ઘટે છે.

જો, તેનાથી વિપરિત, દ્રાવણમાં ધાતુના આયનોના સંક્રમણનો દર વિપરીત પ્રક્રિયાના દર કરતા ઓછો હોય (V 1< V 2), то на металлическом электроде будет избыток положительных ионов, а в растворе ‒ их нехватка. В таком случае электрод вступит положительный заряд, а раствор ‒ негативного.

બંને કિસ્સાઓમાં, સંભવિત તફાવત, જે શુલ્કના અસમાન વિતરણના પરિણામે ઉદ્ભવે છે, ધીમી પ્રક્રિયાને વેગ આપે છે અને ઝડપથી ધીમો પડી જાય છે. પરિણામે, એક ક્ષણ આવશે જ્યારે બંને પ્રક્રિયાના દરો સમાન બનશે. એક સંતુલન હશે જે ગતિશીલ હશે. ધાતુમાંથી દ્રાવણ અને પાછળ આયનોનું સંક્રમણ હંમેશા અને સંતુલનની સ્થિતિમાં થશે. સમતુલામાં આ પ્રક્રિયાઓના દરો સમાન હશે (V 1p = V 2p). ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલની માત્રા જે સંતુલનમાં રાખવામાં આવે છે તેને સંતુલન ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ કહેવામાં આવે છે.

જો ધાતુને એવા દ્રાવણમાં ડુબાડવામાં આવે કે જેમાં આ ધાતુના આયનોની સાંદ્રતા એક ગ્રામ આયન જેટલી હોય તો ધાતુ અને દ્રાવણ વચ્ચે ઉદ્ભવતા સંભવિતને સામાન્ય અથવા પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ કહેવામાં આવે છે.

જો આપણે વિવિધ ધાતુઓ માટે ઇલેક્ટ્રોડ પ્રતિક્રિયાઓની સામાન્ય સંભવિતતાઓ મૂકીએ જેથી તેમના બીજગણિત મૂલ્યો સતત વધે, તો પછી આપણે સામાન્ય રસાયણશાસ્ત્રના અભ્યાસક્રમમાંથી જાણીતા વોલ્ટેજની શ્રેણી મેળવીશું. આ પંક્તિમાં, બધા તત્વો તેમના ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ ગુણધર્મોના આધારે મૂકવામાં આવે છે, જે સીધા રાસાયણિક ગુણધર્મો સાથે સંબંધિત છે. આમ, તાંબામાં સ્થિત તમામ ધાતુઓ (એટલે ​​​​કે, વધુ નકારાત્મક સંભાવનાઓ સાથે) પ્રમાણમાં સરળતાથી ઓક્સિડાઇઝ્ડ થાય છે, અને તાંબા પછી સ્થિત તમામ ધાતુઓ ખૂબ જ મુશ્કેલી સાથે ઓક્સિડાઇઝ્ડ થાય છે.

K, Na, Ca, Mg, A1, Mn, Zn, Fe,

Ni, Sn, Pb, H2, Cu, Hg, Ag, Au.

શ્રેણીના દરેક સભ્ય, વધુ સક્રિય હોવાને કારણે, શ્રેણીના કોઈપણ સભ્ય તાણની શ્રેણીમાં તેની જમણી બાજુએ ઊભેલા જોડાણોમાંથી વિસ્થાપિત થઈ શકે છે.

ચાલો ગેલ્વેનિક કોષની ક્રિયા કરવાની પદ્ધતિને ધ્યાનમાં લઈએ, જેનો આકૃતિ ફિગમાં બતાવવામાં આવ્યો છે. તત્વમાં ઝીંક સલ્ફેટના દ્રાવણમાં ડૂબેલી ઝીંક પ્લેટ અને કોપર સલ્ફેટના દ્રાવણમાં ડૂબેલી કોપર પ્લેટનો સમાવેશ થાય છે.

ચોખા. કોપર-ઝીંક ગેલ્વેનિક કોષનું આકૃતિ

બંને ઉકેલો સાથેના જહાજો છે, જેને અર્ધ-કોષો કહેવાય છે, ગેલ્વેનિક કોષ બનાવવા માટે ઇલેક્ટ્રોલિટીક સ્વીચ દ્વારા એકબીજા સાથે જોડાયેલા છે. આ કી (ઈલેક્ટ્રોલાઈટથી ભરેલી કાચની નળી) આયનોને એક જહાજ (અડધા કોષ)માંથી બીજામાં જવા દે છે. એકસાથે, ઝીંક સલ્ફેટ અને કોપર સલ્ફેટના ઉકેલો ભળતા નથી.

જો વિદ્યુત સર્કિટ ખુલ્લી હોય, તો ધાતુની પ્લેટો અથવા સોલ્યુશનમાં કોઈ ફેરફાર થતો નથી, પરંતુ જ્યારે વર્તુળ બંધ હોય, ત્યારે વર્તુળમાંથી પ્રવાહ વહેશે. જ્યાં નકારાત્મક ચાર્જની ઘનતા વધારે હોય તે સ્થાનેથી ઇલેક્ટ્રોન (એટલે ​​કે ઝીંક પ્લેટ) ઓછી નકારાત્મક ચાર્જ ઘનતાવાળા સ્થાનો પર અથવા હકારાત્મક ચાર્જવાળી જગ્યા (એટલે ​​કે કોપર પ્લેટ) તરફ જાય છે. ઇલેક્ટ્રોનની હિલચાલને કારણે, મેટલ-સોલ્યુશન ઇન્ટરફેસમાં સંતુલન ખોરવાઈ જશે. ઝીંક પ્લેટમાં નકારાત્મક ચાર્જનું વધુ પ્રમાણ ઘટશે, આકર્ષક દળો અનુરૂપ ઘટશે, અને ઇલેક્ટ્રિકલ ડબલ લેયરમાંથી કેટલાક ઝીંક આયનો સોલ્યુશનના કુલ જથ્થામાં જશે. આનાથી દ્રાવણમાંથી ધાતુમાં Zn 2+ આયનોના સંક્રમણના દરમાં ઘટાડો થશે. તફાવત V 1 ‒V 2 (જે સંતુલન સ્થિતિમાં શૂન્ય છે) વધશે, અને ઝીંક આયનોની નવી માત્રા ધાતુમાંથી ઉકેલમાં જશે. આનાથી ઝીંક પ્લેટમાં વધુ પડતા ઈલેક્ટ્રોન દેખાશે, જે તરત જ કોપર પ્લેટમાં જશે અને ફરીથી બધું જ સતત પુનરાવર્તિત થશે. પરિણામે, ઝીંક ઓગળી જાય છે, અને વર્તુળમાં ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ સતત વહે છે.

તે સ્પષ્ટ છે કે ઝીંક પ્લેટમાંથી તાંબાની પ્લેટમાં ઇલેક્ટ્રોનની સતત હિલચાલ ત્યારે જ શક્ય છે જ્યારે તેઓ તાંબાની પ્લેટ પર આત્મસાત થાય છે. કોપર પ્લેટમાં વધુ પડતા ઇલેક્ટ્રોનનો દેખાવ ડબલ લેયરની પુનઃ ગોઠવણી તરફ દોરી જશે. નકારાત્મક SO 4 2- આયનો ભગાડશે, અને દ્રાવણમાં રહેલા હકારાત્મક કોપર આયનો ઈલેક્ટ્રોન્સના દેખાવને કારણે ઈલેક્ટ્રોસ્ટેટિક આકર્ષણને કારણે ઈલેક્ટ્રિક ડબલ લેયરમાં પ્રવેશ કરશે. મેટલ V 2 માં આયનોના સંક્રમણનો દર વધશે. Cu 2+ આયનો તાંબાની પ્લેટની સ્ફટિક જાળીમાં પ્રવેશ કરે છે, ઇલેક્ટ્રોન ઉમેરે છે. તે કોપર પ્લેટ પર ઇલેક્ટ્રોન એસિમિલેશનની આ પ્રક્રિયા છે જે સમગ્ર પ્રક્રિયાની સાતત્યતાને સુનિશ્ચિત કરશે.

emf E ની તીવ્રતા ઇલેક્ટ્રોડ પરના ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ E 1 અને E 2 વચ્ચેના તફાવતની બરાબર છે: E = E 1 – E 2.

ઇલેક્ટ્રોડ્સ પર થતી પ્રક્રિયાઓને આકૃતિ દ્વારા રજૂ કરી શકાય છે: ચહેરા પર ઝીંક પ્લેટ છે - ઇલેક્ટ્રોલાઇટ Zn - 2e - = Zn 2+, ચહેરા પર કોપર પ્લેટ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ Cu 2+ + 2e - = Cu છે. .

જેમ આપણે જોઈ શકીએ છીએ, ઝીંક ઓક્સિડેશન અને તાંબાના ઘટાડાની પ્રક્રિયાઓ અવકાશમાં અલગ પડે છે તે વિવિધ ઇલેક્ટ્રોડ પર થાય છે; સામાન્ય રીતે, કોપર-ઝિંક કોષમાં થતી રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાને આયનીય સ્વરૂપમાં નીચે પ્રમાણે લખી શકાય છે:

Zn + Cu 2+ = Zn 2+ + Cu.

જ્યારે બંને પ્લેટો સોલ્યુશનની તુલનામાં નકારાત્મક રીતે ચાર્જ કરવામાં આવે ત્યારે સમાન ચિત્ર જોવા મળશે. ચાલો કોપર સલ્ફેટના પાતળા સોલ્યુશનમાં બે કોપર પ્લેટને બોળીએ. આ ઉકેલોમાં કોપર આયનોની સાંદ્રતા C 1 અને C 2 (C 2 > C 1) છે. ચાલો ધારીએ કે બંને પ્લેટો ઉકેલોની તુલનામાં નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ છે. પરંતુ C 1 સોલ્યુશનની સાંદ્રતા ધરાવતા વાસણમાં પ્લેટ A વધુ નકારાત્મક રીતે વસૂલવામાં આવશે કારણ કે આ વાસણમાં કોપર આયનોની સાંદ્રતા બીજા વાસણ કરતા ઓછી છે, અને તે મુજબ ક્યુ 2+ આયનોના ઘૂંસપેંઠનો દર સ્ફટિક જાળી ઓછી હશે. જો તમે વર્તુળ બંધ કરો છો, તો પછી ઈલેક્ટ્રોન પ્લેટ Aમાંથી, જ્યાં તેમની ઘનતા વધારે છે, પ્લેટ B તરફ જશે. ઈલેક્ટ્રોલાઈટ સાથે પ્લેટ A ની ધાર પર, પ્રક્રિયા Cu° ‒ 2е - = Cu 2+ થાય છે. ઇલેક્ટ્રોલાઇટ Cu 2+ + 2е - + Cu° સાથે પ્લેટ B ની ધાર.

બંને પ્લેટો, જેમ કે પહેલેથી જ નોંધ્યું છે, સોલ્યુશનની તુલનામાં નકારાત્મક રીતે ચાર્જ કરવામાં આવે છે. પરંતુ પ્લેટ A એ પ્લેટ Bની તુલનામાં નકારાત્મક રીતે ચાર્જ કરવામાં આવે છે અને તેથી ગેલ્વેનિક સેલમાં નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ તરીકે કાર્ય કરે છે, અને પ્લેટ B હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ તરીકે કાર્ય કરે છે.

EMF ની તીવ્રતા, ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ્સમાં તફાવતની સમાન, વધુ હશે, ઉકેલોમાં આયન સાંદ્રતામાં વધુ તફાવત.

નેર્ન્સ્ટ સમીકરણ- ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ સમીકરણમાં સમાવિષ્ટ પદાર્થોની પ્રવૃત્તિઓ અને રેડોક્સ જોડીના પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિતતા સાથે સિસ્ટમની રેડોક્સ સંભવિતતાને જોડતું સમીકરણ.

,

ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિત, - પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિત, વોલ્ટમાં માપવામાં આવે છે;