ધાતુઓમાં જૂથ 1 અને 2 ના s-તત્વો, તમામ d- અને f-તત્વો તેમજ મુખ્ય પેટાજૂથોના સંખ્યાબંધ p-તત્વોનો સમાવેશ થાય છે: 3 (બોરોન સિવાય), 4 (Ge, Sn, Pb), 5 ( Sb, Bi) અને Ro. સૌથી લાક્ષણિક ધાતુ તત્વો પીરિયડ્સની શરૂઆતમાં સ્થિત છે. અગાઉ આપણે એ હકીકત વિશે વાત કરી હતી કે ધાતુઓમાં અત્યંત ડિલોકલાઈઝ્ડ બોન્ડ્સ જોવા મળે છે. આ એ હકીકતને કારણે છે કે, સ્ક્રિનિંગ અસરને કારણે, ધાતુના પરમાણુમાં વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન ન્યુક્લિયસ તરફ નબળા આકર્ષાય છે અને તેમના માટે પ્રથમ આયનીકરણ ઊર્જા પ્રમાણમાં ઓછી છે. આપણા સામાન્ય તાપમાને (આશરે 300 K), જે સંપૂર્ણ શૂન્યથી ખૂબ દૂર છે, થર્મલ ગતિની ઊર્જા સમગ્ર ધાતુમાં ઇલેક્ટ્રોનની મુક્ત હિલચાલ માટે પૂરતી છે.

ધાતુઓમાં બોન્ડ ખૂબ જ ડિલોકલાઈઝ્ડ હોવાથી અને સમગ્ર ક્રિસ્ટલ પર વિસ્તરેલ હોવાથી, ધાતુઓમાં ઉચ્ચ પ્લાસ્ટિસિટી, વિદ્યુત અને થર્મલ વાહકતા હોય છે. ચાંદી અને તાંબામાં સૌથી વધુ વિદ્યુત અને થર્મલ વાહકતા હોય છે અને પારામાં સૌથી ઓછું હોય છે. બાદમાં સૌથી ફ્યુઝિબલ મેટલ (-38.9 સે) પણ છે. સૌથી પ્રત્યાવર્તન ધાતુ ટંગસ્ટન (3390 C) છે. ગલન અને ઉત્કલન બિંદુઓમાં આટલો મોટો તફાવત ધાતુઓમાં, ધાતુના બોન્ડ ઉપરાંત, સહસંયોજક બોન્ડના ચોક્કસ પ્રમાણની હાજરી દ્વારા સમજાવવામાં આવે છે, ખાસ કરીને મોટી સંખ્યામાં વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન ધરાવતા સંક્રમણ તત્વો માટે.

ચાલો પારો અને ટંગસ્ટનના ઇલેક્ટ્રોનિક રૂપરેખાંકનોને ધ્યાનમાં લઈએ.

Hg – 5d 10 6s 2; W – 5d 4 6s 2 . પારાના અણુઓ વચ્ચે આંતરપરમાણુ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા ખૂબ જ નાની છે, એટલી નાની છે કે સામાન્ય રીતે, ઉચ્ચ ઘનતા પર, અણુઓના ગુરુત્વાકર્ષણને કારણે, તે સૌથી વધુ ફ્યુઝિબલ મેટલ છે. પારા પરમાણુમાં તમામ સબલેવલ ભરેલા હોવાથી, સહસંયોજક બોન્ડની રચના સામાન્ય રીતે અશક્ય છે, અને ધાતુના બંધન તદ્દન નબળા, આલ્કલી ધાતુઓ કરતાં નબળા હોય છે, જે સામાન્ય રીતે તમામ ધાતુઓમાં સૌથી વધુ ફ્યુઝિબલ હોય છે. તેનાથી વિપરિત, ડબલ્યુ અણુમાં એક સાથે ચાર વેલેન્સ બોન્ડની રચના શક્ય છે. વધુમાં, મેટાલિક બોન્ડિંગ એ તમામ 5d તત્વોમાં સૌથી મજબૂત છે, અને અણુઓ પોતે તેમના ઇલેક્ટ્રોનિક સમકક્ષો કરતાં ભારે છે: Mo અને Cr. આ પરિબળોનું સંયોજન ટંગસ્ટનની સૌથી મોટી રીફ્રેક્ટરીનેસ તરફ દોરી જાય છે.

ઓસ્મીયમ (5d 6 6s 2) નું ઇલેક્ટ્રોનિક રૂપરેખાંકન એવું છે કે 5d ઉપસ્તર પૂર્ણ કરતા પહેલા તેમાં 4 ઇલેક્ટ્રોનનો અભાવ છે, તેથી તે પડોશી અણુઓમાંથી ઇલેક્ટ્રોનને આકર્ષવામાં સૌથી વધુ સક્ષમ છે, જે મેટલ-મેટલ બોન્ડને ટૂંકાવી દે છે. તેથી, ઓસ્મિયમમાં સૌથી વધુ ઘનતા (22.4 g/cm3) છે.

ધાતુઓ તેમના શુદ્ધ સ્વરૂપમાં પ્રમાણમાં દુર્લભ છે. મૂળભૂત રીતે, આ રાસાયણિક રીતે નિષ્ક્રિય ધાતુઓ છે (સોનું, તેમજ પ્લેટિનમ જૂથની ધાતુઓ - પ્લેટિનમ, રોડિયમ, ઇરિડિયમ, ઓસ્મિયમ, વગેરે). ચાંદી, તાંબુ, પારો અને ટીન મૂળ સ્થિતિમાં અને સંયોજનોના સ્વરૂપમાં બંને મળી શકે છે. બાકીની ધાતુઓ અયસ્ક તરીકે ઓળખાતા સંયોજનોના સ્વરૂપમાં થાય છે.

ધાતુઓ તેમના સંયોજનોમાંથી ઓક્સાઇડમાંથી ઘટાડીને મેળવવામાં આવે છે. C, CO, સક્રિય ધાતુઓ, હાઇડ્રોજન અને મિથેનનો ઉપયોગ ઘટાડનાર એજન્ટ તરીકે થાય છે. જો ઓર મેટલ સલ્ફાઇડ (ZnS, FeS 2) હોય, તો તે પ્રથમ ઓક્સાઇડમાં રૂપાંતરિત થાય છે. અન્ય ધાતુઓ દ્વારા તેમના સંયોજનોમાંથી ધાતુઓના ઘટાડાને મેટાલોથર્મી કહેવામાં આવે છે. કેટલીક ધાતુઓ તેમના ક્ષારના દ્રાવણમાંથી વિદ્યુત વિચ્છેદન દ્વારા કાઢવામાં આવે છે, ઉદાહરણ તરીકે, એલ્યુમિનિયમ અથવા સોડિયમ. તેમના સંયોજનોમાંથી ધાતુઓ મેળવવા માટેની તમામ પદ્ધતિઓ રેડોક્સ પ્રક્રિયાઓ પર આધારિત છે.

રેડોક્સ અર્ધ-પ્રતિક્રિયામાં ઇલેક્ટ્રોન ટ્રાન્સફરની પ્રક્રિયા નીચેના સામાન્ય સમીકરણ દ્વારા રજૂ કરી શકાય છે:

ઇલેક્ટ્રોન સંક્રમણની પ્રક્રિયા ∆G = –nFE ની બરાબર ગિબ્સ ઊર્જામાં ફેરફારને અનુરૂપ છે, જ્યાં F (ફેરાડેનો સ્થિરાંક, પદાર્થના એક છછુંદરને ઘટાડવા અથવા ઓક્સિડાઇઝ કરવા માટે જરૂરી વીજળીની માત્રાને અનુરૂપ છે) = 96500 C/mol, n એ ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા છે, E એ ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિત છે, B એ ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ અને ઘટાડનાર એજન્ટ વચ્ચેનો વોલ્ટેજ તફાવત છે. બીજી બાજુ, ∆G = –RTlnK = –nFE; RTlnK = nFE. તેથી E = RTlnK/nF. K = /, અને 2.3lnK = logK હોવાથી, પદાર્થોની સાંદ્રતા - ઇલેક્ટ્રોડ પ્રક્રિયામાં સહભાગીઓ - અને તાપમાન પર ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિતની અવલંબન નીચેના સમીકરણ દ્વારા વ્યક્ત કરવામાં આવે છે:

E = E 0 + log/ – Nernst સમીકરણ.

પ્રમાણભૂત તાપમાન (298 K) પર સમીકરણ આ સ્વરૂપ લે છે:

E = E 0 + 0.059lg/

ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટની સાંદ્રતા હંમેશા અંશમાં આપવામાં આવે છે, અને સંભવિત હંમેશા ઘટાડો અર્ધ-પ્રતિક્રિયા માટે આપવામાં આવે છે: Ox + ne = લાલ.

ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટની સંતુલન સાંદ્રતા અને એકતા સમાન ઘટાડતા એજન્ટ પર, E = E 0 એ પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિત છે: આ તમામ પદાર્થોની એકમ સાંદ્રતા પર આપેલ ઇલેક્ટ્રોડ પ્રક્રિયાની સંભવિતતા છે. પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ વીજસ્થિતિમાનનું સંપૂર્ણ મૂલ્ય નિર્ધારિત કરી શકાતું ન હોવાથી, અર્ધ-પ્રતિક્રિયા વીજસ્થિતિમાનને સંદર્ભ બિંદુ તરીકે લેવામાં આવે છે: 2Н + + 2е = Н2. હાઇડ્રોજન કેશનની એકમ સાંદ્રતા પર આ ઇલેક્ટ્રોડ પ્રક્રિયાની સંભવિતતા 0 હોવાનું માનવામાં આવે છે. હાઇડ્રોજન ઇલેક્ટ્રોડમાં પ્લેટિનમ પ્લેટનો સમાવેશ થાય છે, જે [H + ] = 1 mol/l સાથે સલ્ફ્યુરિક એસિડના દ્રાવણમાં ડૂબી જાય છે અને 298 K પર 101325 Pa ના દબાણ હેઠળ H 2 ના પ્રવાહ દ્વારા ધોવાઇ જાય છે.

ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિત એ ગેલ્વેનિક સેલનું EMF છે, જેમાં અભ્યાસ હેઠળના ઇલેક્ટ્રોડ અને પ્રમાણભૂત હાઇડ્રોજન ઇલેક્ટ્રોડનો સમાવેશ થાય છે. ધાતુઓને તેમની ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ્સની તીવ્રતાના ક્રમમાં ગોઠવીને, અમે ધાતુઓની સંખ્યાબંધ પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિતતાઓ મેળવીએ છીએ. તે ધાતુઓના રાસાયણિક ગુણધર્મોને દર્શાવે છે. શ્રેણીની દરેક ધાતુ તેના ક્ષારના દ્રાવણમાંથી બધી અનુગામી ધાતુઓને વિસ્થાપિત કરે છે. હાઇડ્રોજનની ડાબી બાજુની હરોળમાં ધાતુઓ તેને એસિડ સોલ્યુશનથી વિસ્થાપિત કરે છે.

કોઈપણ રેડોક્સ પ્રતિક્રિયાના સંભવિતની ગણતરી અર્ધ-પ્રતિક્રિયા વીજસ્થિતિમાનના મૂલ્યોના આધારે કરી શકાય છે.

ચાલો એક સરળ ઉદાહરણ ધ્યાનમાં લઈએ: Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2. આ પ્રક્રિયા માટે, બે અર્ધ-પ્રતિક્રિયાઓ થાય છે:

Zn 2+ + 2e = Zn 0 E 0 (Zn 2+ /Zn) = –0.76 B

2H + + 2e = H 2 0 E 0 (2H + /H 2) = 0.00 B

બીજા અર્ધ-પ્રતિક્રિયાની સંભવિતતા પ્રથમ કરતા વધારે હોવાથી, બીજી અર્ધ-પ્રતિક્રિયા ડાબેથી જમણે, એટલે કે, હાઇડ્રોજન પરમાણુઓની રચના તરફ આગળ વધશે. પ્રથમ અર્ધ-પ્રતિક્રિયા જમણેથી ડાબે આગળ વધશે, એટલે કે ઝીંક કેશનની રચના તરફ.

ધાતુઓના ઉત્પાદનની વિચારણા કરતી વખતે, અમે એ હકીકત વિશે વાત કરી હતી કે સંખ્યાબંધ ધાતુઓ તેમના ઓક્સાઇડમાંથી અન્ય, વધુ સક્રિય ધાતુઓ દ્વારા ઓછી થાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, મેગ્નેશિયમ કોપર(II) ઓક્સાઇડમાંથી કોપરને ઘટાડી શકે છે. ચાલો બે અર્ધ-પ્રતિક્રિયાઓની તુલના કરીએ:

Cu 2+ + 2e = Cu E 0 = +0.34 V

Mg 2+ + 2e = Mg E 0 = –2.36 V

પ્રથમ અર્ધ-પ્રતિક્રિયાની સંભવિતતા બીજા કરતા વધારે છે અને તે તે છે જે ડાબેથી જમણે આગળ વધશે, અને બીજો - જમણેથી ડાબે.

આમ, રેડોક્સ પ્રતિક્રિયાઓની દિશા નક્કી કરવા માટે, ઓક્સિડાઇઝ્ડ સ્વરૂપમાંથી ઘટાડેલા સ્વરૂપમાં બે અર્ધ-પ્રતિક્રિયાઓ લખવી અને તેમની સંભવિતતાઓની તુલના કરવી જરૂરી છે. ઉચ્ચ સંભવિત સાથેની પ્રતિક્રિયા ડાબેથી જમણે આગળ વધશે, અને ઓછી સંભાવનાવાળી પ્રતિક્રિયા જમણેથી ડાબે આગળ વધશે.

ધાતુઓની લગભગ તમામ પ્રતિક્રિયાઓ રેડોક્સ પ્રક્રિયાઓ છે અને તેમની દિશા નિર્ધારિત કરવા માટે, સૌ પ્રથમ, રેડોક્સ પ્રક્રિયામાં દરેક અર્ધ-પ્રતિક્રિયાઓની સંભવિતતાને ધ્યાનમાં લેવી જરૂરી છે. પરંતુ, ઉપરાંત, ત્યાં અપવાદો છે. ઉદાહરણ તરીકે, લીડ સલ્ફ્યુરિક એસિડમાં અદ્રાવ્ય છે, તે હકીકત હોવા છતાં કે Pb 2+ /Pb જોડીની સંભવિતતા –0.15 V છે. હકીકત એ છે કે લીડ સલ્ફેટ અદ્રાવ્ય છે અને તેની રચના લીડના વધુ ઓક્સિડેશનને અટકાવે છે.

વ્યાખ્યાન 15.

ઇલેક્ટ્રોલિસિસ.

ઈલેક્ટ્રોલાઈટ્સના સોલ્યુશન્સ અને ઓગળવામાં વિપરીત રીતે ચાર્જ થયેલા આયનો (કેશન અને આયન) હોય છે, જે સતત ગતિમાં હોય છે. જો નિષ્ક્રિય (ગ્રેફાઇટ) ઇલેક્ટ્રોડ આ પ્રકારના પ્રવાહીમાં ડૂબી જાય છે, ઉદાહરણ તરીકે, સોડિયમ ક્લોરાઇડના ઓગળવામાં (801 0 C પર પીગળે છે) અને સતત ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ પસાર થાય છે, તો બાહ્ય ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રના પ્રભાવ હેઠળના આયનો ઈલેક્ટ્રોડ્સ તરફ, કેશન્સ - કેથોડ તરફ અને આયન - એનોડ તરફ આગળ વધો. સોડિયમ કેશન્સ, કેથોડ પર પહોંચ્યા પછી, તેમાંથી ઇલેક્ટ્રોન સ્વીકારે છે અને મેટાલિક સોડિયમમાં ઘટાડો થાય છે:

ક્લોરાઇડ આયનોને એનોડ પર ઓક્સિડાઇઝ કરવામાં આવે છે:

2Сl – ​​– 2e = Cl 2 0

પરિણામે, મેટાલિક સોડિયમ કેથોડ પર અને મોલેક્યુલર ક્લોરિન એનોડ પર મુક્ત થાય છે. પીગળેલા સોડિયમ ક્લોરાઇડના વિદ્યુત વિચ્છેદન માટેનું એકંદર સમીકરણ નીચે મુજબ છે.

K: Na + + e = Na 0 2

અ: 2Сl – ​​– 2e = Cl 2 0 1

2Na + + 2Сl - ઇલેક્ટ્રોલિસિસ ® 2Na 0 + Cl 2 0

2NaСl = 2Na + Cl 2

આ પ્રતિક્રિયા રેડોક્સ છે: એનોડ પર ઓક્સિડેશન પ્રક્રિયા થાય છે, અને કેથોડ પર ઘટાડો પ્રક્રિયા થાય છે.

રેડોક્સ પ્રક્રિયા જે ઇલેક્ટ્રોડ્સ પર થાય છે જ્યારે ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ ઓગળે અથવા ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સોલ્યુશનમાંથી પસાર થાય છે તેને ઇલેક્ટ્રોલિસિસ કહેવામાં આવે છે.

વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણનો સાર એ વિદ્યુત ઊર્જાનો ઉપયોગ કરીને રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓનો અમલ છે. આ કિસ્સામાં, કેથોડ કેશનને ઇલેક્ટ્રોન આપે છે, અને એનોડ એનિઓનમાંથી ઇલેક્ટ્રોન સ્વીકારે છે. સીધા વિદ્યુત પ્રવાહની ક્રિયા રાસાયણિક ઘટાડતા એજન્ટો અને ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટોની ક્રિયા કરતાં ઘણી મજબૂત છે. તે વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ દ્વારા હતું કે ફ્લોરિન ગેસ પ્રથમ મેળવવામાં આવ્યો હતો.

હાઇડ્રોફ્લોરિક એસિડમાં પોટેશિયમ ફ્લોરાઇડના દ્રાવણમાં વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ હાથ ધરવામાં આવ્યું હતું. આ કિસ્સામાં, ફ્લોરિન એનોડ પર મુક્ત થાય છે, અને હાઇડ્રોજન કેથોડ પર મુક્ત થાય છે. વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ ઇલેક્ટ્રોલિટીક બાથમાં કરવામાં આવે છે.

પીગળેલા ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ અને તેમના ઉકેલોના વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ વચ્ચે તફાવત કરવો જરૂરી છે. પછીના કિસ્સામાં, પાણીના અણુઓ પ્રક્રિયાઓમાં ભાગ લઈ શકે છે. ઉદાહરણ તરીકે, નિષ્ક્રિય (ગ્રેફાઇટ) ઇલેક્ટ્રોડ પર સોડિયમ ક્લોરાઇડના જલીય દ્રાવણના વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ દરમિયાન, સોડિયમ કેશનને બદલે કેથોડ પર પાણીના અણુઓ ઓછા થાય છે.

2H 2 O + 2e = H 2 + 2OH –

અને ક્લોરાઇડ આયનોને એનોડ પર ઓક્સિડાઇઝ કરવામાં આવે છે:

2Сl – ​​– 2e = Cl 2 0

પરિણામે, કેથોડ પર હાઇડ્રોજન મુક્ત થાય છે, એનોડ પર ક્લોરિન છોડવામાં આવે છે, અને સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ પરમાણુઓ ઉકેલમાં એકઠા થાય છે. સોડિયમ ક્લોરાઇડના જલીય દ્રાવણના વિદ્યુત વિચ્છેદન માટેનું સામાન્ય સમીકરણ છે:

K: 2H 2 O + 2e = H 2 + 2OH –

અ: 2Сl – ​​– 2e = Cl 2 0 ­

2H 2 O + 2Сl – ​​= H 2 + Cl 2 + 2OH –

માર્ગ દ્વારા, આ રીતે ઉદ્યોગ તમામ આલ્કલી અને કેટલીક આલ્કલાઇન પૃથ્વી ધાતુઓ તેમજ એલ્યુમિનિયમના હાઇડ્રોક્સાઇડ્સનું ઉત્પાદન કરે છે.

મેલ્ટના વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ અને ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સના જલીય દ્રાવણ વચ્ચે શું તફાવત છે? ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સના જલીય દ્રાવણના કેથોડ પરની ઘટાડાની પ્રક્રિયાઓ ધાતુના પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ્સના મૂલ્ય પર આધારિત છે, એટલે કે, તેઓ મોટાભાગે કેથોડ પર ઘટેલા કેશન તરીકે કાર્ય કરે છે. અહીં ત્રણ સંભવિત વિકલ્પો છે:

1. મેટલ કેશન્સ કે જે પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિતતા ધરાવે છે તે હાઇડ્રોજન કરતા વધારે છે, એટલે કે, વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ દરમિયાન શૂન્ય કરતાં વધુ કેથોડ (તાંબુ, ચાંદી, સોનું અને અન્ય) પર સંપૂર્ણપણે ઘટાડો થાય છે.

2. કેથોડ પર ખૂબ જ ઓછી પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિત (લિથિયમથી એલ્યુમિનિયમ સહિત) ધરાવતા ધાતુના કેશનમાં ઘટાડો થતો નથી, પરંતુ પાણીના અણુઓમાં ઘટાડો થાય છે.

3. મેટલ કેશન્સ, જેની પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિત હાઇડ્રોજન કરતાં ઓછી છે, પરંતુ એલ્યુમિનિયમ કરતાં વધુ છે, તે પાણીના અણુઓ સાથે કેથોડ પર વિદ્યુત વિચ્છેદન દરમિયાન ઘટાડો થાય છે.

જો જલીય દ્રાવણમાં એકસાથે અનેક ધાતુના કેશન હાજર હોય, તો પછી વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ દરમિયાન કેથોડ પર તેમનું પ્રકાશન સંબંધિત ધાતુના પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિતના બીજગણિત મૂલ્યમાં ઘટાડો કરવાના ક્રમમાં આગળ વધે છે. ઉદાહરણ તરીકે, બ્રોન્ઝ પ્રકાર BrAZh અથવા BrAZhMts (તાંબુ, એલ્યુમિનિયમ, આયર્ન અને મેંગેનીઝ) નું વિશ્લેષણ કરતી વખતે, તમે ચોક્કસ વર્તમાન મૂલ્ય પસંદ કરી શકો છો, કોપરને નિષ્ક્રિય ઇલેક્ટ્રોડ (ઉદાહરણ તરીકે, પ્લેટિનમ) પર અલગ કરી શકો છો, ઇલેક્ટ્રોડને ખેંચી શકો છો, તેનું વજન કરી શકો છો અને તાંબાની સામગ્રી નક્કી કરો. પછી એલ્યુમિનિયમને અલગ કરો અને તેની સામગ્રી નક્કી કરો. આ પદ્ધતિ હકારાત્મક પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિત સાથે ધાતુઓને અલગ કરવા માટે સારી છે.

બધા ઇલેક્ટ્રોડ અદ્રાવ્ય (નિષ્ક્રિય) માં વિભાજિત થાય છે - કાર્બન, ગ્રેફાઇટ, પ્લેટિનમ, ઇરિડિયમ. દ્રાવ્ય - તાંબુ, ચાંદી, જસત, કેડમિયમ, નિકલ અને અન્ય. એનોડ માટે દ્રાવ્ય ઇલેક્ટ્રોડનો ખ્યાલ મહત્વપૂર્ણ છે, કારણ કે તે એક છે જે વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ દરમિયાન ઓગળવામાં સક્ષમ છે. અદ્રાવ્ય એનોડ પર, વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ દરમિયાન, આયન અથવા પાણીના અણુઓનું ઓક્સિડેશન થાય છે. આ કિસ્સામાં, ઓક્સિજન-મુક્ત એસિડના આયનોને તદ્દન સરળતાથી ઓક્સિડાઇઝ કરવામાં આવે છે. જો દ્રાવણમાં ઓક્સિજન ધરાવતા એસિડના આયન હાજર હોય, તો પાણીના અણુઓ એનોડ પર ઓક્સિડાઇઝ્ડ થાય છે, પ્રતિક્રિયા અનુસાર ઓક્સિજન મુક્ત કરે છે:

2H 2 O – 4e = O 2 + 4H +

વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ દરમિયાન, દ્રાવ્ય એનોડ પોતે ઓક્સિડાઇઝ થાય છે, બાહ્ય વિદ્યુત સર્કિટમાં ઇલેક્ટ્રોનનું દાન કરે છે અને ઉકેલમાં પસાર થાય છે:

A: Me Û Me n+ + ne –

ચાલો મેલ્ટ્સ અને ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સોલ્યુશન્સના ઇલેક્ટ્રોલિસિસના ઉદાહરણો જોઈએ.

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 સેલમાં 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 આવતા 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 ઇલેક્ટ્રોનેગેટિવ 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 થાય છે. કોપર ઇલેક્ટ્રોડ આ સર્કિટમાં હકારાત્મક ધ્રુવ છે, અને ઝીંક ઇલેક્ટ્રોડ નકારાત્મક ધ્રુવ છે. વધુ પ્રતિક્રિયાશીલ ઝીંક ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવે છે:

Zn → Zn 2+ + 2е - ; 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.

ભાગ II. અકાર્બનિક રસાયણશાસ્ત્ર

વિભાગ 12. ધાતુઓની સામાન્ય મિલકતો

§ 12.5. પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિતતાઓની શ્રેણી

ઉચ્ચ શાળામાં તમે ધાતુઓની ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ વોલ્ટેજ શ્રેણીનો અભ્યાસ કરો છો. તેનું વધુ ચોક્કસ નામ ધાતુના પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ્સની શ્રેણી છે. કેટલીક ધાતુઓ માટે તે કોષ્ટકમાં આપવામાં આવે છે. 12.1. આવી શ્રેણી કેવી રીતે સમાવે છે? શા માટે, ઉદાહરણ તરીકે, કેલ્શિયમ પછી તેમાં સોડિયમ છે? આ નજીકમાં કેવી રીતે વાપરવું?

પહેલા પ્રશ્નનો જવાબ પહેલેથી જ અભ્યાસ કરેલ સામગ્રીના આધારે આપી શકાય છે. જ્યારે કોઈપણ ધાતુને ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સોલ્યુશનમાં ડૂબવામાં આવે છે, ત્યારે મેટલ/સોલ્યુશન ઇન્ટરફેસ પર સંભવિત તફાવત જોવા મળે છે, જેને ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિત અથવા ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિત કહેવામાં આવે છે. દરેક ઇલેક્ટ્રોડની સંભવિતતા ધાતુની પ્રકૃતિ, ઉકેલ અને તાપમાનમાં તેના આયનોની સાંદ્રતા પર આધારિત છે.

વ્યક્તિગત ઇલેક્ટ્રોડની સંભવિતતાને સીધી રીતે માપવી શક્ય નથી. તેથી, ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ્સને પ્રમાણભૂત હાઇડ્રોજન ઇલેક્ટ્રોડની તુલનામાં માપવામાં આવે છે, જેની સંભવિતતા પરંપરાગત રીતે તમામ તાપમાને શૂન્ય માનવામાં આવે છે. હાઇડ્રોજન ઇલેક્ટ્રોડ પ્લેટિનમ ધરાવે છે

ચોખા. 12.3. પ્રમાણભૂત હાઇડ્રોજન ઇલેક્ટ્રોડ

પ્લેટિનમ પ્લેટ પ્લેટિનમ બ્લેક (ઇલેક્ટ્રૉલિટિકલી જમા થયેલ પ્લેટિનમ) સાથે કોટેડ છે, જે 1 mol/l ની હાઇડ્રોજન આયન સાંદ્રતા સાથે સલ્ફ્યુરિક એસિડના દ્રાવણમાં ડૂબી જાય છે અને 25°C પર 101.325 kPa ના દબાણ હેઠળ વાયુયુક્ત હાઇડ્રોજનના પ્રવાહ દ્વારા ધોવાઇ જાય છે. (ફિગ. 12.3).

મોલેક્યુલર હાઇડ્રોજન, દ્રાવણમાંથી પસાર થાય છે, ઓગળી જાય છે અને પ્લેટિનમની સપાટી સુધી પહોંચે છે. પ્લેટિનમની સપાટી પર, હાઇડ્રોજન અણુઓ અણુઓમાં વિભાજિત થાય છે અને શોષાય છે (સપાટી પર સ્થિર). શોષિત હાઇડ્રોજન અણુ H જાહેરાતો આયનોઇઝ્ડ છે:

H જાહેરાતો - e - -> H + ,

અને હાઇડ્રોજન આયનો, ઇલેક્ટ્રોન ઉમેરીને, શોષિત અવસ્થામાં જાય છે:

N + + e - -> N adc.

હાઇડ્રોજન ઇલેક્ટ્રોડમાં વધુ સંપૂર્ણ સંતુલન રેખાકૃતિ દ્વારા વ્યક્ત કરવામાં આવે છે:

2Н + + 2е - ⇆ 2 H a ds (Pt) = Н 2.

આ સંતુલનનો મધ્ય ભાગ અલબત્ત અવગણવામાં આવ્યો છે, જો કે તે ધ્યાનમાં રાખવું જોઈએ કે આવી સંતુલન સ્થિતિ સ્થાપિત કરવામાં પ્લેટિનમ શું મોટી ભૂમિકા ભજવે છે.

જો હવે કોઈપણ ધાતુની પ્લેટ, 1 mol/l ના ધાતુના આયનોની સાંદ્રતા સાથે તેના મીઠાના દ્રાવણમાં ડૂબીને, ફિગમાં બતાવ્યા પ્રમાણે, પ્રમાણભૂત હાઇડ્રોજન ઇલેક્ટ્રોડ સાથે જોડાયેલ છે. 12.4, પછી ગેલ્વેનિક તત્વ (ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ સર્કિટ) રચાય છે, જેનું ઇલેક્ટ્રોમોટિવ ફોર્સ (સંક્ષિપ્ત ઇએમએફ) માપવા માટે સરળ છે. આ EMF ને આપેલ ઇલેક્ટ્રોડ (સામાન્ય રીતે E° સૂચવવામાં આવે છે) ના પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિત કહેવાય છે. તેથી, ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિત એ ગેલ્વેનિક સેલ (ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ સર્કિટ) નું EMF છે, જેમાં સમાવેશ થાય છે

ચોખા. 12.4. ધાતુના પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિતને માપવા માટે ગેલ્વેનિક સર્કિટ:

1 - માપેલ ઇલેક્ટ્રોડ;

2 - પોટેન્ટિઓમીટર;

3 - પ્રમાણભૂત હાઇડ્રોજન ઇલેક્ટ્રોડ;

4 - પોટેશિયમ ક્લોરાઇડ સોલ્યુશન

અભ્યાસ હેઠળનું ઇલેક્ટ્રોડ અને પ્રમાણભૂત હાઇડ્રોજન ઇલેક્ટ્રોડ.

આવી સર્કિટ ફિગમાં બતાવવામાં આવી છે. 12.4. ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિતને રેડોક્સ સંભવિત પણ કહેવામાં આવે છે.

ઈલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ E અને પ્રમાણભૂત ઈલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ E° ને નિયુક્ત કરતી વખતે, ચિહ્નો પર અનુક્રમણિકા મૂકવાનો રિવાજ છે, જે આ સંભવિત છે તે સિસ્ટમને અનુરૂપ છે. આમ, સિસ્ટમની પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિત 2H + + 2e છે -⇆ H 2 E°2H+/H 2, સિસ્ટમ્સ સૂચવે છે Li + + e - ⇆ Li - E ° Li +/ Li, અને સિસ્ટમો M nO - 4 + 8H + + 5e - ⇆ Mn 2+ + 4H 2 O લખો E°M n O - 4 + 8 H+/M n 2 ++ 4H 2 O .

ધાતુઓને તેમના પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિતતાના બીજગણિત મૂલ્યના વધતા ક્રમમાં મૂકીને, અમે કોષ્ટકમાં પ્રસ્તુત શ્રેણી મેળવીએ છીએ. 12.1. તેમાં અન્ય રેડોક્સ સિસ્ટમ્સ (નોન-મેટાલિક સહિત), અનુક્રમે, E° મૂલ્યો સુધીનો પણ સમાવેશ થઈ શકે છે, ઉદાહરણ તરીકે E ° C l 2 / C l - = 1.36 V, E ° F 2 / 2 F - = 2.87 V, E ° S / S 2- = -0.51 V, વગેરે. કોષ્ટકમાં પ્રસ્તુત શ્રેણી. 12.1 ને 25°C પર જલીય દ્રાવણમાં રેડોક્સ પ્રણાલીના સંખ્યાબંધ પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ્સના ટુકડા તરીકે જ ગણી શકાય, જે સૌથી મહત્વપૂર્ણ ધાતુઓ 1 થી બનેલું છે. ઐતિહાસિક રીતે, આ શ્રેણી જી.એમ. બેકેટોવની "વિટીસ્કી શ્રેણી" દ્વારા પહેલા હતી.

પ્રતીક એચ જી હાઇડ્રેજિયમ (I) મીઠાના સોલ્યુશનમાં ડૂબેલા મર્ક્યુરી ઇલેક્ટ્રોડ પર લાગુ થાય છે, જેનો આયન સામાન્ય રીતે ડાઇમર તરીકે દર્શાવવામાં આવે છે:

Н g 2+ 2 + 2е - = 2Н જી.

મોટાભાગના પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ પ્રાયોગિક રીતે નક્કી કરી શકાય છે. જો કે, આલ્કલી અને આલ્કલાઇન ધરતીની ધાતુઓ માટે E° મૂલ્ય માત્ર સૈદ્ધાંતિક રીતે ગણવામાં આવે છે, કારણ કે આ ધાતુઓ પાણી સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે.

સંખ્યાબંધ પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિત ધાતુઓના રાસાયણિક ગુણધર્મોને દર્શાવે છે. તેનો ઉપયોગ વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ (§ 7.7) દરમિયાન કયા ક્રમના આયનોમાં ઘટાડો થાય છે તે શોધવા માટે થાય છે, તેમજ ધાતુઓના અન્ય ગુણધર્મો (§ 10.9 અને 12.5)નું વર્ણન કરવા માટે થાય છે.

1 યુએસએમાં, ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ્સના વિરોધી સંકેતો સ્વીકારવામાં આવે છે: સૌથી વધુ હકારાત્મક (+3.04 V) ઇલેક્ટ્રોડ Li+/Li અને સૌથી નકારાત્મક (-2.87 V) સિસ્ટમ F 2 /2 F - . સંદર્ભનો આ ક્રમ રશિયનમાં અનુવાદિત અમેરિકન શૈક્ષણિક સાહિત્યમાં પણ જોઈ શકાય છે.

સંભવિતનું બીજગણિત મૂલ્ય જેટલું ઓછું છે, આ ધાતુની ઘટાડવાની ક્ષમતા જેટલી વધારે છે અને તેના આયનોની ઓક્સિડાઇઝિંગ ક્ષમતા ઓછી છે.

આ શ્રેણીમાંથી નીચે મુજબ, લિથિયમ ધાતુ સૌથી મજબૂત ઘટાડનાર એજન્ટ છે, અને સોનું સૌથી નબળું છે. તેનાથી વિપરીત, ગોલ્ડ આયનએયુ સૌથી મજબૂત ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ અને લિથિયમ આયન છેલિ+ - સૌથી નબળું (કોષ્ટક 12.1 માં આ ગુણધર્મોની વૃદ્ધિ તીર દ્વારા સૂચવવામાં આવી છે).

સ્ટાન્ડર્ડ ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ્સની શ્રેણીમાંની દરેક ધાતુમાં તમામ અનુગામી ધાતુઓને તેમના ક્ષારના દ્રાવણમાંથી વિસ્થાપિત કરવાની મિલકત હોય છે. જો કે, આનો અર્થ એ નથી કે તમામ કેસોમાં દમન જરૂરી છે. આમ, એલ્યુમિનિયમ કપરમ(II) ક્લોરાઇડ CuC ના દ્રાવણમાંથી કોપરને વિસ્થાપિત કરે છેએલ 2 , પરંતુ વ્યવહારીક રીતે તેને કપ્રમ(II) સલ્ફેટ દ્રાવણમાંથી વિસ્થાપિત કરતું નથી CuSO4 . આ હકીકત દ્વારા સમજાવવામાં આવે છે કે ક્લોરાઇડ આયન સીએલ- સલ્ફેટ આયનોની તુલનામાં એલ્યુમિનિયમ પરની રક્ષણાત્મક સપાટીની ફિલ્મને વધુ ઝડપથી નાશ કરે છે SO2-.

ઘણી વાર, સંખ્યાબંધ પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ્સના આધારે, વધુ સક્રિય આલ્કલી અને મેડો-અર્થ ધાતુઓ દ્વારા તેમના ક્ષારના ઉકેલોમાંથી ધાતુઓના વિસ્થાપનની પ્રતિક્રિયાઓ માટે સમીકરણો લખવામાં આવે છે અને, સ્વાભાવિક રીતે, તેઓ ભૂલથી છે. આ કિસ્સામાં, ધાતુઓનું વિસ્થાપન થતું નથી, કારણ કે આલ્કલી અને આલ્કલાઇન પૃથ્વી ધાતુઓ પોતે જ પાણી સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે.

તમામ ધાતુઓ કે જે પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિતતાના નકારાત્મક મૂલ્યો ધરાવે છે, એટલે કે, હાઇડ્રોજનની પહેલાં શ્રેણીમાં ઊભી રહે છે, તે પાતળું એસિડ (જેમ કે HC)માંથી હાઇડ્રોજનને વિસ્થાપિત કરે છે. l અથવા H 2 SO 4 ) અને તે જ સમયે તેમાં ઓગળી જાય છે. જો કે, લીડ સલ્ફ્યુરિક એસિડના પાતળા દ્રાવણમાં વ્યવહારીક રીતે અદ્રાવ્ય છે. આવું એટલા માટે થાય છે કારણ કે સીસાની સપાટી પર નીચા-ગ્રેડ સલ્ફેટ મીઠાનું રક્ષણાત્મક સ્તર તરત જ રચાય છે. PbSO4 , જે મેટલ સાથે સોલ્યુશનના સંપર્કમાં વિક્ષેપ પાડે છે. હાઇડ્રોજન પછીની હરોળમાં રહેલી ધાતુઓ તેને એસિડથી વિસ્થાપિત કરતી નથી.

આપેલ ઉદાહરણો પરથી, અમે નિષ્કર્ષ પર આવી શકીએ છીએ કે વિચારણા હેઠળની પ્રક્રિયાઓની વિશેષતાઓને ધ્યાનમાં લઈને સંખ્યાબંધ પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલનો ઉપયોગ થવો જોઈએ. સૌથી મહત્વની બાબત એ ધ્યાનમાં રાખવાની છે કે સંખ્યાબંધ પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલનો ઉપયોગ માત્ર જલીય દ્રાવણ માટે જ થઈ શકે છે અને તે જલીય વાતાવરણમાં થતી રેડોક્સ પ્રતિક્રિયાઓમાં જ ધાતુઓની રાસાયણિક પ્રવૃત્તિને દર્શાવે છે.

પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ્સની શ્રેણીમાં, સોડિયમ કેલ્શિયમ Ca પછી સ્થિત છે: તે પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિતનું ઉચ્ચ બીજગણિત મૂલ્ય ધરાવે છે.

કોઈપણ ગેલ્વેનિક સેલના EMF ની ગણતરી પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ E° માં તફાવત પરથી કરી શકાય છે. તે ધ્યાનમાં રાખવું જોઈએ કે EMF હંમેશા હકારાત્મક જથ્થો છે. તેથી, ઇલેક્ટ્રોડની સંભવિતતામાંથી, જેનું બીજગણિતીય મૂલ્ય વધારે છે, તે ઇલેક્ટ્રોડની સંભવિતને બાદ કરવી જરૂરી છે, જેનું બીજગણિત મૂલ્ય નાનું છે. ઉદાહરણ તરીકે, પ્રમાણભૂત પરિસ્થિતિઓમાં કોપર-ઝીંક કોષનો emf 0.34 - (-0.76) = 1.1 V હશે.

ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ સિસ્ટમ્સ

સામાન્ય લાક્ષણિકતાઓ

ઇલેક્ટ્રોકેમિસ્ટ્રી - રસાયણશાસ્ત્રની એક શાખા જે સંભવિત તફાવતોની ઘટનાની પ્રક્રિયાઓ અને રાસાયણિક ઊર્જાના વિદ્યુત ઊર્જા (ગેલ્વેનિક કોષો) માં રૂપાંતર તેમજ વિદ્યુત ઊર્જા (ઇલેક્ટ્રોલિસિસ) ના ખર્ચને કારણે રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓના અમલીકરણનો અભ્યાસ કરે છે. આ બે પ્રક્રિયાઓ, જે સમાન પ્રકૃતિ ધરાવે છે, આધુનિક તકનીકમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે.

ગેલ્વેનિક કોષોનો ઉપયોગ મશીનો, રેડિયો એન્જિનિયરિંગ ઉપકરણો અને નિયંત્રણ ઉપકરણો માટે સ્વાયત્ત અને નાના-કદના ઉર્જા સ્ત્રોત તરીકે થાય છે. વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણનો ઉપયોગ કરીને, વિવિધ પદાર્થો મેળવવામાં આવે છે, સપાટીઓની સારવાર કરવામાં આવે છે અને ઇચ્છિત આકારના ઉત્પાદનો બનાવવામાં આવે છે.

વિદ્યુતરાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ હંમેશા મનુષ્યોને લાભ કરતી નથી, અને કેટલીકવાર ભારે નુકસાન પહોંચાડે છે, જેના કારણે ધાતુના માળખાના કાટ અને વિનાશમાં વધારો થાય છે. ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રક્રિયાઓનો કુશળતાપૂર્વક ઉપયોગ કરવા અને અનિચ્છનીય ઘટનાઓનો સામનો કરવા માટે, તેઓનો અભ્યાસ કરવો જોઈએ અને નિયમન કરવામાં સમર્થ હોવા જોઈએ.

ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ ઘટનાની ઘટનાનું કારણ ઇલેક્ટ્રોનનું સ્થાનાંતરણ અથવા ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રક્રિયાઓમાં ભાગ લેતા પદાર્થોના અણુઓની ઓક્સિડેશન સ્થિતિમાં ફેરફાર છે, એટલે કે, વિજાતીય પ્રણાલીઓમાં થતી રેડોક્સ પ્રતિક્રિયાઓ. રેડોક્સ પ્રતિક્રિયાઓમાં, ઇલેક્ટ્રોન સીધા ઘટાડતા એજન્ટમાંથી ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટમાં સ્થાનાંતરિત થાય છે. જો ઓક્સિડેશન અને ઘટાડાની પ્રક્રિયાઓ અવકાશી રીતે અલગ કરવામાં આવે છે, અને ઇલેક્ટ્રોનને મેટલ કંડક્ટર સાથે નિર્દેશિત કરવામાં આવે છે, તો આવી સિસ્ટમ ગેલ્વેનિક સેલનું પ્રતિનિધિત્વ કરશે. ગેલ્વેનિક કોષમાં વિદ્યુત પ્રવાહની ઘટના અને પ્રવાહનું કારણ સંભવિત તફાવત છે.

ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિત. ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિત માપન

જો તમે કોઈપણ ધાતુની પ્લેટ લો અને તેને પાણીમાં નીચે કરો, તો ધ્રુવીય પાણીના અણુઓના પ્રભાવ હેઠળ સપાટીના સ્તરના આયનો બહાર આવે છે અને પ્રવાહીમાં હાઇડ્રેટ થાય છે. આ સંક્રમણના પરિણામે, પ્રવાહી હકારાત્મક રીતે અને ધાતુને નકારાત્મક રીતે ચાર્જ કરવામાં આવે છે, કારણ કે તેના પર વધુ પડતા ઇલેક્ટ્રોન દેખાય છે. પ્રવાહીમાં ધાતુના આયનોનું સંચય ધાતુના વિસર્જનને અટકાવવાનું શરૂ કરે છે. મોબાઇલ સંતુલન સ્થાપિત થયેલ છે

Me 0 + mH 2 O = Me n + × m H 2 O + ne -

સંતુલનની સ્થિતિ ધાતુની પ્રવૃત્તિ અને દ્રાવણમાં તેના આયનોની સાંદ્રતા બંને પર આધાર રાખે છે. હાઇડ્રોજન સુધીની વોલ્ટેજ શ્રેણીમાં સક્રિય ધાતુઓના કિસ્સામાં, ધ્રુવીય પાણીના અણુઓ સાથેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા સપાટી પરથી હકારાત્મક ધાતુના આયનોના વિભાજન અને હાઇડ્રેટેડ આયનોના ઉકેલમાં સંક્રમણ સાથે સમાપ્ત થાય છે (ફિગ. b). ધાતુ નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થાય છે. પ્રક્રિયા ઓક્સિડેશન છે. જેમ જેમ સપાટીની નજીક આયનોની સાંદ્રતા વધે છે, તેમ તેમ વિપરીત પ્રક્રિયા શક્ય બને છે - આયનોનો ઘટાડો. દ્રાવણમાં રહેલા કેશન્સ અને સપાટી પરના વધારાના ઈલેક્ટ્રોન્સ વચ્ચેનું વિદ્યુતસ્થિતિક આકર્ષણ વિદ્યુત ડબલ સ્તર બનાવે છે. આ મેટલ અને પ્રવાહી વચ્ચેના ઇન્ટરફેસ પર ચોક્કસ સંભવિત તફાવત અથવા સંભવિત જમ્પના દેખાવ તરફ દોરી જાય છે. ધાતુ અને તેની આસપાસના જલીય વાતાવરણ વચ્ચે ઉદ્ભવતા સંભવિત તફાવતને કહેવામાં આવે છે ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિત. જ્યારે કોઈ ધાતુને તે ધાતુના મીઠાના દ્રાવણમાં ડૂબવામાં આવે છે, ત્યારે સંતુલન બદલાય છે. દ્રાવણમાં આપેલ ધાતુના આયનોની સાંદ્રતામાં વધારો કરવાથી દ્રાવણમાંથી ધાતુમાં આયનોના સંક્રમણની પ્રક્રિયા સરળ બને છે. ધાતુઓ કે જેના આયનોમાં દ્રાવણમાં પસાર થવાની નોંધપાત્ર ક્ષમતા હોય છે તે આવા દ્રાવણમાં હકારાત્મક રીતે ચાર્જ કરવામાં આવશે, પરંતુ શુદ્ધ પાણી કરતાં ઓછા પ્રમાણમાં.

નિષ્ક્રિય ધાતુઓ માટે, દ્રાવણમાં ધાતુના આયનોની સંતુલન સાંદ્રતા ખૂબ ઓછી છે. જો આવી ધાતુને આ ધાતુના મીઠાના દ્રાવણમાં ડૂબવામાં આવે છે, તો ધાતુમાંથી દ્રાવણમાં આયનોના સંક્રમણ કરતાં વધુ ઝડપી દરે ધાતુ પર હકારાત્મક ચાર્જ આયનો મુક્ત થાય છે. ધાતુની સપાટી હકારાત્મક ચાર્જ પ્રાપ્ત કરશે, અને સોલ્યુશનને વધુ પડતા મીઠાના આયનોને કારણે નકારાત્મક ચાર્જ પ્રાપ્ત થશે. અને આ કિસ્સામાં, મેટલ-સોલ્યુશન ઇન્ટરફેસ પર ઇલેક્ટ્રિક ડબલ લેયર દેખાય છે, તેથી ચોક્કસ સંભવિત તફાવત (ફિગ. c). ધ્યાનમાં લેવાયેલા કિસ્સામાં, ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિત હકારાત્મક છે.

ચોખા. ધાતુમાંથી દ્રાવણમાં આયનના સંક્રમણની પ્રક્રિયા:

a - સંતુલન; b - વિસર્જન; c - જુબાની

દરેક ઇલેક્ટ્રોડની સંભવિતતા ધાતુની પ્રકૃતિ, ઉકેલ અને તાપમાનમાં તેના આયનોની સાંદ્રતા પર આધારિત છે. જો કોઈ ધાતુને 1 ડીએમ 3 દીઠ એક મોલ મેટલ આયન ધરાવતા તેના મીઠાના સોલ્યુશનમાં ડૂબવામાં આવે છે (જેની પ્રવૃત્તિ 1 છે), તો 25 o C ના તાપમાન અને 1 ના દબાણ પર ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિત સ્થિર મૂલ્ય હશે. એટીએમ આ સંભવિત કહેવાય છે પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિત (ઇ ઓ).

ધાતુના આયનો હકારાત્મક ચાર્જ ધરાવતા, ઉકેલમાં પ્રવેશ કરે છે અને મેટલ-સોલ્યુશન ઈન્ટરફેસના સંભવિત ક્ષેત્રમાં આગળ વધે છે, ઊર્જાનો વ્યય કરે છે. આ ઉર્જા સપાટી પરના આયનોની ઊંચી સાંદ્રતાથી દ્રાવણમાં નીચી એકાગ્રતા સુધીના આઇસોથર્મલ વિસ્તરણના કાર્ય દ્વારા સરભર કરવામાં આવે છે. સકારાત્મક આયનો સપાટીના સ્તરમાં એકાગ્રતા સુધી એકઠા થાય છે સાથે ઓ, અને પછી ઉકેલમાં જાઓ, જ્યાં મુક્ત આયનોની સાંદ્રતા સાથે. વિદ્યુત ક્ષેત્ર EnF નું કાર્ય વિસ્તરણ RTln(с o /с) ના આઇસોથર્મલ કાર્ય જેટલું છે. કાર્યના બંને અભિવ્યક્તિઓને સમાન કરીને, અમે સંભવિતતાની તીવ્રતા મેળવી શકીએ છીએ

En F = RTln(s o /s), -E = RTln(s/s o)/nF,

જ્યાં E મેટલ સંભવિત છે, V; આર - યુનિવર્સલ ગેસ કોન્સ્ટન્ટ, J/mol K; ટી - તાપમાન, કે; n - આયન ચાર્જ; F - ફેરાડે નંબર; с - મુક્ત આયનોની સાંદ્રતા;

с о - સપાટીના સ્તરમાં આયનોની સાંદ્રતા.

સંભવિત મૂલ્યને સીધું માપવું શક્ય નથી, કારણ કે સંભવિતનું મૂલ્ય પ્રાયોગિક રીતે નક્કી કરવું અશક્ય છે. ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ્સના મૂલ્યો અન્ય ઇલેક્ટ્રોડના મૂલ્યની તુલનામાં પ્રાયોગિક રીતે નક્કી કરવામાં આવે છે, જેની સંભવિતતા પરંપરાગત રીતે શૂન્ય હોવાનું માનવામાં આવે છે. આવા પ્રમાણભૂત અથવા સંદર્ભ ઇલેક્ટ્રોડ છે સામાન્ય હાઇડ્રોજન ઇલેક્ટ્રોડ (n.v.e.) . હાઇડ્રોજન ઇલેક્ટ્રોડની રચના આકૃતિમાં બતાવવામાં આવી છે. તેમાં ઇલેક્ટ્રોલાઇટિકલી જમા પ્લેટિનમ સાથે કોટેડ પ્લેટિનમ પ્લેટનો સમાવેશ થાય છે. ઇલેક્ટ્રોડને સલ્ફ્યુરિક એસિડના 1 M દ્રાવણમાં ડુબાડવામાં આવે છે (હાઇડ્રોજન આયનોની પ્રવૃત્તિ 1 mol/dm3 છે) અને 101 kPa અને T = 298 K ના દબાણ હેઠળ હાઇડ્રોજન ગેસના પ્રવાહ દ્વારા ધોવાઇ જાય છે. જ્યારે પ્લેટિનમ સંતૃપ્ત થાય છે હાઇડ્રોજન, ધાતુની સપાટી પર સંતુલન સ્થાપિત થાય છે, સમગ્ર પ્રક્રિયા સમીકરણ દ્વારા વ્યક્ત કરવામાં આવે છે

2Н + +2е ↔ Н 2 .

જો આ ધાતુના મીઠાના 1M સોલ્યુશનમાં ડૂબેલી ધાતુની પ્લેટને બાહ્ય વાહક દ્વારા પ્રમાણભૂત હાઇડ્રોજન ઇલેક્ટ્રોડ સાથે જોડવામાં આવે છે, અને ઉકેલો ઇલેક્ટ્રોલિટીક કી દ્વારા જોડાયેલા હોય છે, તો પછી આપણે ગેલ્વેનિક સેલ (ફિગ. 32) મેળવીએ છીએ. આ ગેલ્વેનિક કોષનું ઈલેક્ટ્રોમોટિવ બળ જથ્થા હશે આપેલ ધાતુના પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિત (ઇ ઓ ).

પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિત માપવા માટેની યોજના

હાઇડ્રોજન ઇલેક્ટ્રોડની તુલનામાં

ઝીંક સલ્ફેટના 1 એમ સોલ્યુશનમાં ઝીંકને ઈલેક્ટ્રોડ તરીકે લઈને અને તેને હાઈડ્રોજન ઈલેક્ટ્રોડ સાથે જોડીને, આપણે ગેલ્વેનિક સેલ મેળવીએ છીએ, જેનું સર્કિટ નીચે પ્રમાણે લખવામાં આવશે:

(-) Zn/Zn 2+ // 2H + /H 2, Pt (+).

ડાયાગ્રામમાં, એક લીટી ઇલેક્ટ્રોડ અને સોલ્યુશન વચ્ચેનો ઇન્ટરફેસ સૂચવે છે, બે લીટીઓ ઉકેલો વચ્ચેનો ઇન્ટરફેસ સૂચવે છે. એનોડ ડાબી બાજુએ લખાયેલ છે, કેથોડ જમણી બાજુએ છે. આવા તત્વમાં, Zn o + 2H + = Zn 2+ + H 2 પ્રતિક્રિયા થાય છે, અને ઇલેક્ટ્રોન બાહ્ય સર્કિટમાંથી ઝીંકમાંથી હાઇડ્રોજન ઇલેક્ટ્રોડમાં પસાર થાય છે. ઝીંક ઇલેક્ટ્રોડ (-0.76 V) માટે પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિત.

કોપર પ્લેટને ઇલેક્ટ્રોડ તરીકે લેવાથી, પ્રમાણભૂત હાઇડ્રોજન ઇલેક્ટ્રોડ સાથે સંયોજનમાં નિર્દિષ્ટ પરિસ્થિતિઓ હેઠળ, અમે ગેલ્વેનિક સેલ મેળવીએ છીએ.

(-) Pt, H 2 /2H + //Cu 2+ /Cu (+).

આ કિસ્સામાં, પ્રતિક્રિયા થાય છે: Cu 2+ + H 2 = Cu o + 2H +. ઇલેક્ટ્રોન બાહ્ય સર્કિટમાંથી હાઇડ્રોજન ઇલેક્ટ્રોડમાંથી કોપર ઇલેક્ટ્રોડ તરફ જાય છે. કોપર ઇલેક્ટ્રોડ (+0.34 V) ના પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિત.

પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ્સની શ્રેણી (વોલ્ટેજ). નેર્ન્સ્ટ સમીકરણ

ધાતુઓને તેમના પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ્સના વધતા ક્રમમાં ગોઠવીને, નિકોલાઈ નિકોલાઇવિચ બેકેટોવ (1827-1911) ના વોલ્ટેજની શ્રેણી અથવા પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિતતાઓની શ્રેણી મેળવવામાં આવે છે. સંખ્યાબંધ તકનીકી રીતે મહત્વપૂર્ણ ધાતુઓ માટે પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિતતાના આંકડાકીય મૂલ્યો કોષ્ટકમાં આપવામાં આવ્યા છે.

મેટલ તણાવ શ્રેણી

સંખ્યાબંધ તાણ ધાતુઓના કેટલાક ગુણધર્મોને દર્શાવે છે:

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. ધાતુઓ જે હાઇડ્રોજન પહેલા વોલ્ટેજ શ્રેણીમાં હોય છે તે 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.

ગેલ્વેનિક કોષો, તેમનું ઇલેક્ટ્રોમોટિવ બળ

બે ધાતુઓ તેમના ક્ષારના દ્રાવણમાં ડૂબેલી, વાહક દ્વારા જોડાયેલી, ગેલ્વેનિક કોષ બનાવે છે. સૌપ્રથમ ગેલ્વેનિક કોષની શોધ 1800માં એલેક્ઝાંડર વોલ્ટ દ્વારા કરવામાં આવી હતી. કોષમાં તાંબા અને જસતની પ્લેટનો સમાવેશ થાય છે, જે સલ્ફ્યુરિક એસિડના દ્રાવણમાં પલાળેલા કાપડ દ્વારા અલગ કરવામાં આવે છે. જ્યારે મોટી સંખ્યામાં પ્લેટો શ્રેણીમાં જોડાયેલ હોય છે, ત્યારે વોલ્ટા તત્વમાં નોંધપાત્ર ઇલેક્ટ્રોમોટિવ બળ (emf) હોય છે.

ગેલ્વેનિક કોષમાં વિદ્યુત પ્રવાહની ઘટના લેવામાં આવેલી ધાતુઓના ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ્સમાં તફાવતને કારણે થાય છે અને તેની સાથે ઇલેક્ટ્રોડ્સ પર થતા રાસાયણિક પરિવર્તનો પણ હોય છે. ચાલો કોપર-ઝિંક સેલ (જે. ડેનિયલ - બી. એસ. જેકોબી) ના ઉદાહરણનો ઉપયોગ કરીને ગેલ્વેનિક સેલની કામગીરીને ધ્યાનમાં લઈએ.

કોપર-ઝીંક ડેનિયલ-જેકોબી ગેલ્વેનિક સેલનું આકૃતિ

ઝિંક સલ્ફેટ (c = 1 mol/dm 3) ના દ્રાવણમાં ડૂબેલા ઝીંક ઇલેક્ટ્રોડ પર, ઝીંક ઓક્સિડેશન (ઝીંક વિસર્જન) Zn o - 2e = Zn 2+ થાય છે. ઇલેક્ટ્રોન બાહ્ય સર્કિટમાં પ્રવેશ કરે છે. Zn એ ઇલેક્ટ્રોનનો સ્ત્રોત છે. ઇલેક્ટ્રોનનો સ્ત્રોત નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ માનવામાં આવે છે - એનોડ. કોપર સલ્ફેટ સોલ્યુશન (c = 1 mol/dm 3) માં ડૂબેલા કોપર ઇલેક્ટ્રોડ પર, ધાતુના આયનોમાં ઘટાડો થાય છે. તાંબાના અણુઓ ઇલેક્ટ્રોડ Cu 2+ + 2e = Cu o પર જમા થાય છે. કોપર ઇલેક્ટ્રોડ હકારાત્મક છે. તે કેથોડ છે. તે જ સમયે, કેટલાક SO 4 2- આયન ZnSO 4 સોલ્યુશન સાથે જહાજમાં મીઠાના પુલમાંથી પસાર થાય છે. . એનોડ અને કેથોડ પર થતી પ્રક્રિયાઓના સમીકરણોને ઉમેરીને, આપણે કુલ સમીકરણ મેળવીએ છીએ

અથવા મોલેક્યુલર સ્વરૂપમાં

મેટલ-સોલ્યુશન ઈન્ટરફેસ પર થતી આ સામાન્ય રેડોક્સ પ્રતિક્રિયા છે. ગેલ્વેનિક કોષની વિદ્યુત ઊર્જા રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા દ્વારા મેળવવામાં આવે છે. ગણવામાં આવેલ ગેલ્વેનિક સેલને સંક્ષિપ્ત ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ સર્કિટના સ્વરૂપમાં લખી શકાય છે

(-) Zn/Zn 2+ //Cu 2+ /Cu (+).

ગેલ્વેનિક સેલના સંચાલન માટે જરૂરી શરત સંભવિત તફાવત છે, તેને કહેવામાં આવે છે ગેલ્વેનિક કોષનું ઇલેક્ટ્રોમોટિવ બળ (ઇએમએફ) . ઇ.એમ.એફ. કોઈપણ કાર્યકારી ગેલ્વેનિક તત્વનું હકારાત્મક મૂલ્ય હોય છે. ઇએમએફની ગણતરી કરવા માટે. ગેલ્વેનિક સેલ માટે, ઓછા હકારાત્મક સંભવિતના મૂલ્યને વધુ હકારાત્મક સંભવિતના મૂલ્યમાંથી બાદ કરવું જરૂરી છે. તેથી e.m.f. કોપર-ઝીંક ગેલ્વેનિક કોષ પ્રમાણભૂત પરિસ્થિતિઓમાં (t = 25 o C, c = 1 mol/dm 3, P = 1 atm) કોપર (કેથોડ) અને ઝીંક (એનોડ) ના પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ વચ્ચેના તફાવત જેટલો છે, કે છે

e.m.f. = E o C u 2+ / Cu - E o Zn 2+ / Zn = +0.34 V – (-0.76 V) = +1.10 V.

જ્યારે ઝીંક સાથે જોડી બનાવવામાં આવે છે, ત્યારે Cu 2+ આયન ઘટે છે.

ઓપરેશન માટે જરૂરી ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ્સમાં તફાવત વિવિધ સાંદ્રતાના સમાન સોલ્યુશન અને સમાન ઇલેક્ટ્રોડ્સનો ઉપયોગ કરીને બનાવી શકાય છે. આવા ગેલ્વેનિક સેલ કહેવામાં આવે છે એકાગ્રતા , અને તે ઉકેલની સાંદ્રતાને સમાન કરીને કાર્ય કરે છે. એક ઉદાહરણ બે હાઇડ્રોજન ઇલેક્ટ્રોડથી બનેલો કોષ હશે

Pt, H 2 / H 2 SO 4 (s`) // H 2 SO 4 (s``) / H 2, Pt,

જ્યાં c` = `; c`` = ``.

જો p = 101 kPa, s`< с``, то его э.д.с. при 25 о С определяется уравнением

E = 0.059lg(s``/s`).

с` = 1 mol-ion/dm 3 emf પર. તત્વ બીજા દ્રાવણમાં હાઇડ્રોજન આયનોની સાંદ્રતા દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે, એટલે કે, E = 0.059lgс`` = -0.059 pH.

હાઇડ્રોજન આયનોની સાંદ્રતાનું નિર્ધારણ અને પરિણામે, ઇએમએફને માપીને માધ્યમનું pH. અનુરૂપ ગેલ્વેનિક તત્વને પોટેન્ટિઓમેટ્રી કહેવામાં આવે છે.

બેટરીઓ

બેટરીઓ ફરીથી વાપરી શકાય તેવી અને ઉલટાવી શકાય તેવી ક્રિયાના ગેલ્વેનિક કોષો કહેવાય છે. તેઓ ડિસ્ચાર્જ દરમિયાન સંચિત રાસાયણિક ઊર્જાને વિદ્યુત ઊર્જામાં અને વિદ્યુત ઊર્જાને રાસાયણિક ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરવામાં સક્ષમ છે, ચાર્જિંગ દરમિયાન અનામત બનાવે છે. ત્યારથી e.m.f. ઓપરેશન દરમિયાન બેટરીઓ નાની હોય છે;

લીડ એસિડ બેટરી . લીડ-એસિડ બેટરીમાં બે છિદ્રિત લીડ પ્લેટ હોય છે, જેમાંથી એક (નકારાત્મક) ચાર્જ કર્યા પછી ફિલર ધરાવે છે - સ્પોન્જી સક્રિય લીડ, અને બીજી (પોઝિટિવ) - લીડ ડાયોક્સાઇડ. બંને પ્લેટો 25 - 30% સલ્ફ્યુરિક એસિડ સોલ્યુશનમાં ડૂબી જાય છે (ફિગ. 35). બેટરી સર્કિટ

(-) Pb/ p -p H 2 SO 4 / PbO 2 / Pb(+) .

ચાર્જ કરતા પહેલા, કાર્બનિક બાઈન્ડર, લીડ ઓક્સાઇડ PbO ઉપરાંત, લીડ ઇલેક્ટ્રોડ્સના છિદ્રોમાં ગંધિત પેસ્ટ કરવામાં આવે છે. સલ્ફ્યુરિક એસિડ સાથે લીડ ઓક્સાઇડની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના પરિણામે, લીડ સલ્ફેટ ઇલેક્ટ્રોડ પ્લેટોના છિદ્રોમાં રચાય છે.

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

ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ પસાર કરીને બેટરી ચાર્જ થાય છે

ડિસ્ચાર્જિંગ પ્રક્રિયા

કુલમાં, બેટરી ચાર્જ કરતી વખતે અને ડિસ્ચાર્જ કરતી વખતે થતી પ્રક્રિયાઓને નીચે પ્રમાણે રજૂ કરી શકાય છે:

બેટરી ચાર્જ કરતી વખતે, ઇલેક્ટ્રોલાઇટ (સલ્ફ્યુરિક એસિડ) ની ઘનતા વધે છે, અને જ્યારે ડિસ્ચાર્જ થાય છે ત્યારે તે ઘટે છે. ઇલેક્ટ્રોલાઇટની ઘનતા બેટરીના ડિસ્ચાર્જની ડિગ્રી નક્કી કરે છે. ઇ.એમ.એફ. લીડ બેટરી 2.1 વી.

ફાયદાલીડ-એસિડ બેટરી - ઉચ્ચ વિદ્યુત ક્ષમતા, સ્થિર કામગીરી, મોટી સંખ્યામાં ચક્ર (ડિસ્ચાર્જ-ચાર્જ). ખામીઓ- મોટા સમૂહ અને તેથી, ઓછી ચોક્કસ ક્ષમતા, ચાર્જિંગ દરમિયાન હાઇડ્રોજનનું પ્રકાશન, સલ્ફ્યુરિક એસિડના સાંદ્ર દ્રાવણની હાજરીમાં બિન-જડતા. આ બાબતે આલ્કલાઇન બેટરી વધુ સારી છે.

આલ્કલાઇન બેટરી. તેમાં ટી. એડિસન કેડમિયમ-નિકલ અને આયર્ન-નિકલ બેટરીનો સમાવેશ થાય છે.

એડિસન બેટરી અને લીડ બેટરી સર્કિટ

તેઓ એકબીજા સાથે સમાન છે. તફાવત નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ પ્લેટોની સામગ્રીમાં રહેલો છે. પ્રથમ કિસ્સામાં તેઓ કેડમિયમ છે, બીજામાં તેઓ આયર્ન છે. ઇલેક્ટ્રોલાઇટ એ KOH સોલ્યુશન છે ω = 20% . નિકલ-કેડમિયમ બેટરી સૌથી વધુ વ્યવહારુ મહત્વ ધરાવે છે. કેડમિયમ-નિકલ બેટરી ડાયાગ્રામ

(-) Cd / KOH ઉકેલ / Ni 2 O 3 / Ni (+).

કેડમિયમ-નિકલ બેટરીનું સંચાલન રેડોક્સ પ્રતિક્રિયા પર આધારિત છે જેમાં Ni 3+ સામેલ છે.

ઇ.એમ.એફ. ચાર્જ થયેલ નિકલ-કેડમિયમ બેટરી 1.4 V છે.

કોષ્ટક એડિસન બેટરી અને લીડ બેટરીની લાક્ષણિકતાઓ દર્શાવે 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. આમ, જ્યારે વિદ્યુત ઉર્જા જનરેટરની લીડ બેટરી ચાલે 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 ફેરવાય 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 વિદ્યુત પ્રવાહ વહે છે ત્યારે તમામ ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રતિક્રિયાઓ થાય છે. આ વર્તુળમાં આવશ્યકપણે શ્રેણીમાં જોડાયેલા મેટલ કંડક્ટર 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, 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 સકારાત્મક ચાર્જ આયનો હોય છે. ધ્રુવીય દ્રાવક પરમાણુઓ સાથેની તેમની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને લીધે, 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 1માં 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 (વી 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 સોલ્યુશન અને પાછળ આયનોનું સંક્રમણ દરેક સમયે 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 તેની જમણી બાજુએ ઊભા રહેલા તાણની શ્રેણીમાં જોડાણોમાંથી વિસ્થાપિત થઈ શકે છે.

ચાલો ગેલ્વેનિક કોષની ક્રિયા કરવાની પદ્ધતિને ધ્યાનમાં લઈએ, જેનો આકૃતિ ફિગમાં પ્રસ્તુત 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 સોલ્યુશનવાળા જહાજો છે, જેને અર્ધ-કોષ કહેવાય છે, ગેલ્વેનિક સેલ 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 પ્લેટોમાં અથવા સોલ્યુશનમાં કોઈ ફેરફાર થતો નથી, પરંતુ જ્યારે વર્તુળ બંધ હોય, ત્યારે વર્તુળમાંથી પ્રવાહ વહે છે. 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 વિક્ષેપિત થશે. 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 ઝિંક પ્લેટમાં વધુ પડતા ઇલેક્ટ્રોન દેખાશે, જે તરત જ કોપર પ્લેટમાં જશે, અને ફરીથી બધું 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 વધારાના 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 વિદ્યુતના ડબલ સ્તરમાં 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 ઇલેક્ટ્રોડ્સ 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 કોપર રિડક્શનની 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 કોષમાં નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ તરીકે કાર્ય કરે છે, અને પ્લેટ B હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ તરીકે કાર્ય કરે છે.

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

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;