मानक इलेक्ट्रोड विभव और विद्युत रासायनिक श्रृंखला

विद्युत रसायनज्ञा में, "मानक इलेक्ट्रोड विभव" और "विद्युत रासायनिक श्रृंखला" मौलिक होते हैं। ये अवधारणाएँ हमें समझने और पूर्वानुमान करने में सक्षम बनाती हैं कि कैसे विभिन्न रासायनिक प्रजातियाँ रेडॉक्स अभिक्रियाओं में इलेक्ट्रॉनों को स्वीकार या दान करती हैं। यह लेख इन विषयों को विस्तृत रूप से समझाता है, मौलिक समझ और व्याख्यात्मक उदाहरण प्रदान करता है।

मानक इलेक्ट्रोड विभव को समझना

मानक इलेक्ट्रोड विभव एक प्रतिवर्ती इलेक्ट्रोड की व्यक्तिगत विभव की माप है जो मानक राज्य की स्थितियों के अंतर्गत होती है, जिसमें घोलक की सक्रियता 1 मोल/लीटर है, गैसें 1 वायुमंडल के दबाव में हैं, और तापमान 25°C (298 K) है। इस विभव का महत्व यह निर्धारित करने में होता है कि रासायनिक प्रजाति को ह्रासित या ऑक्सीकरण किया जाएगा।

मानक इलेक्ट्रोड विभव को E° द्वारा दर्शाया जाता है और इसे वोल्ट में मापा जाता है। यह विभिन्न इलेक्ट्रोडों की इलेक्ट्रॉन चलाने की क्षमता की तुलना करता है और इस प्रकार रेडॉक्स अभिक्रियाएं संपन्न करता है।

मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड (SHE) एक संदर्भ इलेक्ट्रोड के रूप में कार्य करता है, जिसका विभव 0.00 V पर सेट होता है। सभी अन्य इलेक्ट्रोड विभव इस मानक की तुलना में मापे जाते हैं।

मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड की भूमिका

मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड (SHE) मानक स्थितियों की परिभाषा में और इलेक्ट्रोड विभव के मापन में महत्वपूर्ण है। SHE में एक प्लेटिनम इलेक्ट्रोड होता है जो हाइड्रोक्लोरिक एसिड के घोल में डुबाया जाता है और इसमें हाइड्रोजन गैस को बहाया जाता है। सेटअप नीचे दिखाया गया है:

SHE को 0.00 V पर आधार रेखा माना जाता है। सभी अन्य इलेक्ट्रोड विभव इस आधार रेखा के साथ मापे जाते हैं। यह विद्युत रासायनिक श्रृंखला का आधार बनता है, जो तत्वों को उनके मानक इलेक्ट्रोड विभव के आधार पर रैंक करता है।

मानक इलेक्ट्रोड विभव का उपयोग करके सेल विभव की गणना

एक गैल्वैनिक सेल दो विभिन्न धातुओं का उपयोग करता है जो एक नमक पुल या छिद्रयुक्त झिल्ली से जुड़ा होता है, आयनों को प्रवाहित कर और एक विद्युत धारा उत्पन्न करता है। मानक सेल विभव, E° cell, निम्नलिखित सूत्र का उपयोग करके गणना किया जाता है:

E° cell = E° cathode - E° anode

जहां:

• E° cathode वह मानक विभव है जो कैथोड पर होने वाली ह्रास अभिक्रिया का प्रतिनिधित्व करता है।
• E° anode वह मानक विभव है जो एनोड पर होने वाली ऑक्सीकरण अभिक्रिया का प्रतिनिधित्व करता है।

Zn(s) | Zn 2+ (aq) || Cu2 + (aq) Cu(s)

अभिक्रियाएँ इस प्रकार हैं:

• एनोड पर: Zn(s) → Zn 2+ (aq) + 2e⁻ (मानक विभव = -0.76 V)
• कैथोड पर: Cu 2+ (aq) + 2e⁻ → Cu(s) (मानक विभव = +0.34 V)

समग्र सेल विभव की गणना इस प्रकार है:

E° cell = 0.34 V – (-0.76 V) = 1.10 V

यह सकारात्मक विभव इंगित करता है कि अभिक्रिया स्वस्फूर्त है।

विद्युत रासायनिक श्रृंखला और इसका महत्व

विद्युत रासायनिक श्रृंखला, जिसे गतिविधि श्रृंखला भी कहा जाता है, तत्वों की एक सूची है जो उनके मानक इलेक्ट्रोड विभव के अनुसार क्रमबद्ध होती है। यह श्रृंखला धातुओं के व्यवहार को रेडॉक्स अभिक्रियाओं के दौरान समझने और पूर्वानुमानित करने में मदद करती है।

यह श्रृंखला प्रत्येक धातु के मानक इलेक्ट्रोड विभव पर आधारित होती है, जिससे यह अनुमान लगाना आसान हो जाता है कि धातु कितनी आसानी से इलेक्ट्रॉन खो देगा, यानी ऑक्सीकरण करेगा। श्रृंखला में शीर्ष पर स्थित धातुएं, जैसे लिथियम, ऑक्सीकरण करने की उच्चतम प्रवृत्ति रखते हैं, जबकि श्रृंखला के निचले हिस्से में स्थित धातुएं, जैसे सोना, बहुत अधिक ह्रासित होने की संभावना रखते हैं।

        Li⁺/Li < -3.05 V
        K⁺/K < -2.93 V
        Na⁺/Na < -2.71 V
        Ca2⁺/Ca2 < -2.87 V
        ,
        Cu2⁺/Cu2 < +0.34 V
        Ag⁺/Ag < +0.80 V
        Au3⁺/Au < +1.50 V
    

श्रंखला में उच्च धातुएं श्रृंखला में निम्न धातुओं को जल विभाजन से विस्थापित कर सकती हैं।

        Zn(s) + CuSO 4 (aq) → ZnSO 4 (aq) + Cu(s)
    

विद्युत रासायनिक श्रृंखला के अनुप्रयोग

विद्युत रासायनिक श्रृंखला के कई व्यावहारिक अनुप्रयोग हैं:

अभिक्रिया के कार्यान्वयन की भविष्यवाणी

यह श्रृंखला रसायनज्ञों को रेडॉक्स अभिक्रियाओं की कार्यान्वयन संभाव्यता की भविष्यवाणी करने में सक्षम बनाती है।एक सकारात्मक सेल विभव इंगित करता है कि अभिक्रिया स्वस्फूर्त है।

        Cu²⁺(aq) + Zn(s) → Cu(s) + Zn²⁺(aq)
    

अपक्षय को समझना

अपक्षय एक रेडॉक्स प्रक्रिया है जिसमें पर्यावरण द्वारा धातु धीरे-धीरे ऑक्सीकरण होती है। विद्युत रासायनिक श्रृंखला अपक्षय को समझने और रोकने में मदद करती है। उदाहरण के लिए, लोहा के जंग लगने की प्रवृत्ति को जिंक जैसे अधिक सक्रिय धातुओं के उपयोग से कम किया जा सकता है।

विद्युतवाहक बल (EMF) की गणना

विद्युत रासायनिक श्रृंखला के माध्यम से विद्युत रासायनिक कोशिकाओं का EMF गणना किया जा सकता है, जो बैटरियों के डिज़ाइन और अनुप्रयोग में सहायक होता है।

रसायनों का निर्माण

विद्युत रासायनिक श्रृंखला का उपयोग औद्योगिक रसायनों की तैयारी में किया जाता है। उदाहरण के लिए, यह विद्युत अपघटन प्रक्रियाओं में धातुओं के उचित चयन का निर्धारण करने में मदद करता है, जैसे सोडियम क्लोराइड से सोडियम और क्लोरीन का विद्युत अपघटन द्वारा निष्कर्षण।

निष्कर्ष

मानक इलेक्ट्रोड विभव और विद्युत रासायनिक श्रृंखला को समझना विद्युत रासायनिक अभिक्रियाओं को समझना आवश्यक है। इन अवधारणाओं को समझकर, पूर्वानुमान करना कि कौन सी अभिक्रियाएं स्वभाविक रूप से होने की संभावना है, और इसे वैज्ञानिक और औद्योगिक अनुप्रयोगों की एक श्रृंखला में लागू करना। याद रखें, ये अवधारणाएं विभिन्न परिदृश्यों में धातुओं और आयनों के अंतर्निहित व्यवहार को प्रकट करती हैं, विद्युत रसायनज्ञा और इसके लागू क्षेत्रों के लिए मौलिक अंतर्दृष्टियाँ प्रदान करती हैं।

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