गैल्वैनिक सेल

गैल्वैनिक सेल एक स्वतःस्फूर्त रेडॉक्स अभिक्रिया की रासायनिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में बदलता है। ऑक्सीकरण और अपचयन दो अलग इलेक्ट्रोडों पर होने से इलेक्ट्रॉन बाहरी परिपथ से बह सकते हैं।

एनोड और कैथोड को चिन्ह से नहीं, क्रिया से याद रखें

एनोड पर ऑक्सीकरण और कैथोड पर अपचयन होता है—यह परिभाषा गैल्वैनिक और इलेक्ट्रोलाइटिक दोनों सेल में बनी रहती है। गैल्वैनिक सेल में एनोड सामान्यतः ऋणात्मक और कैथोड धनात्मक होता है क्योंकि स्वतःस्फूर्त अभिक्रिया इलेक्ट्रॉनों को एनोड से बाहर धकेलती है।

Zn/Cu सेल में Zn → Zn²⁺ + 2e⁻ एनोड प्रक्रिया और Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu कैथोड प्रक्रिया है। इलेक्ट्रॉन तार में Zn से Cu इलेक्ट्रोड की ओर चलते हैं।

सेल विभव

मानक परिस्थितियों में E°_सेल = E°_कैथोड − E°_एनोड जब सारणी में दोनों को मानक अपचयन विभव के रूप में दिया गया हो। धनात्मक E°_सेल चुनी हुई दिशा के लिए मानक परिस्थितियों में ऋणात्मक ΔG° से जुड़ा है: ΔG° = −एनएफई°_सेल।

इलेक्ट्रोड समीकरण को किसी गुणांक से गुणा करने पर E° को गुणा नहीं करते। विभव सघन राशि है; इलेक्ट्रॉनों की संख्या n गिब्स ऊर्जा संबंध में आती है।

लवण सेतु और आयन प्रवाह

यदि एनोड पर धनायन बनते रहें तो वह अर्ध-सेल सकारात्मक आवेश जमा करेगा; कैथोड पर धनायन हटने से विपरीत असंतुलन बनेगा। लवण सेतु के आयन इस आवेश-विभाजन को सीमित करते हैं और परिपथ चालू रखते हैं।

सेतु में चुना इलेक्ट्रोलाइट दोनों अर्ध-सेलों के साथ यथासंभव निष्क्रिय होना चाहिए। अवक्षेप या जटिल आयन बनना वास्तविक सेल विभव और कार्यक्षमता बदल सकता है।

नर्नस्ट समीकरण

गैर-मानक परिस्थितियों में E = E° − (RT/nF)एल.एन Q। 25 °C पर इसे E ≈ E° − (0.05916 V/n)लॉग₁₀Q लिखा जा सकता है। सांद्रता बदलने से Q बदलता है और इसलिए सेल विभव भी बदलता है।

साम्य पर E = 0 और Q = K; इसी से E°, ΔG° और K के बीच संबंध प्राप्त होता है।

क्या वास्तव में मापा जाता है

वोल्टमीटर खुले परिपथ के निकट दो इलेक्ट्रोडों के विद्युत-रासायनिक विभव का अंतर मापता है। धारा बहने पर आंतरिक प्रतिरोध, ओवरपोटेंशियल और सांद्रता ध्रुवण के कारण टर्मिनल विभव आदर्श संतुलन मान से अलग हो सकता है।

जाँच और गहराई

सेल नोटेशन में चरण सीमा को | और लवण सेतु जैसी द्रव-जंक्शन सीमा को || से दिखाया जाता है, जैसे Zn(s)|Zn²⁺(एक्यू)||Cu²⁺(एक्यू)|Cu(s)। चुनी दिशा के साथ एनोड, कैथोड और E_सेल का चिन्ह सुसंगत रहना चाहिए। मानक सारणी संतुलन के निकट विभव देती है; वास्तविक बैटरी की उपयोगी शक्ति धारा पर भी निर्भर है। बड़ी धारा पर ओमिक हानि, इलेक्ट्रोड कैनेटीक्स और सामूहिक परिवहन के कारण टर्मिनल वोल्टेज घट सकता है, इसलिए उच्च E° अकेले उच्च शक्ति की गारंटी नहीं देता।

अभ्यास

Zn/Cu दिशा

Zn²⁺/Zn = −0.76 V, Cu²⁺/Cu = +0.34 V।

हल: E°सेल = 0.34 − (−0.76)=+1.10 V; Zn एनोड और Cu कैथोड।

इलेक्ट्रॉन दिशा

गैल्वैनिक Zn/Cu सेल में e⁻ कहाँ जाते हैं?

हल: बाहरी तार में Zn एनोड से Cu कैथोड की ओर।

गुणांक का प्रभाव

Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu को दोगुना करें। E°?

हल: E° अपरिवर्तित रहता है; केवल अभिक्रिया की व्यापक मात्रा और ΔG° दोगुनी होती है।