வேதியியல் வினைகளைப் பயன்படுத்தி மின்சார ஆற்றலை உற்பத்தி செய்யலாம்; மாறாக, மின்சார ஆற்றலைப் பயன்படுத்தி தன்னிச்சையாக நிகழாத வேதியியல் வினைகளை மேற்கொள்ளலாம்.

தன்னிச்சையான வேதியியல் வினைகளின் போது வெளிவிடப்படும் ஆற்றலிலிருந்து மின்சாரத்தை உற்பத்தி செய்தல் மற்றும் மின்சார ஆற்றலைப் பயன்படுத்தி தன்னிச்சையாக நிகழாத வேதியியல் மாற்றங்களை ஏற்படுத்துதல் ஆகியவற்றின் ஆய்வே மின்வேதியியல் ஆகும். இந்தப் பாடம் கோட்பாட்டு மற்றும் நடைமுறைக் கருத்துகள் இரண்டிற்கும் முக்கியமானது. பெருமளவிலான உலோகங்கள், சோடியம் ஹைட்ராக்சைடு, குளோரின், புளோரின் மற்றும் பல வேதிப்பொருட்கள் மின்வேதியியல் முறைகளால் உற்பத்தி செய்யப்படுகின்றன. பேட்டரிகள் மற்றும் எரிபொருள் கலங்கள் வேதியியல் ஆற்றலை மின்சார ஆற்றலாக மாற்றி பல்வேறு கருவிகள் மற்றும் சாதனங்களில் பெரிய அளவில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. மின்வேதியியல் முறையில் மேற்கொள்ளப்படும் வினைகள் ஆற்றல் திறன் மிக்கதாகவும், குறைந்த மாசுபாட்டைக் கொண்டதாகவும் இருக்கும். எனவே, சூழலுக்கு உகந்த புதிய தொழில்நுட்பங்களை உருவாக்க மின்வேதியியல் படிப்பது முக்கியமானது. உணர்ச்சி சமிக்ஞைகள் செல்கள் வழியாக மூளையிலும், மூளையிலிருந்து செல்களுக்கும் பரிமாற்றம் மற்றும் செல்களுக்கிடையேயான தொடர்பு ஆகியவை மின்வேதியியல் தோற்றத்தைக் கொண்டவை என அறியப்படுகிறது. எனவே, மின்வேதியியல் மிகவும் விரிவான மற்றும் பலதுறை சார்ந்த பாடமாகும். இந்த அலகில், அதன் சில முக்கியமான அடிப்படை அம்சங்களை மட்டுமே கவனிக்கலாம்.

3.1 மின்வேதியியல் கலங்கள்

தரம் XI, அலகு 8 இல், டேனியல் கலத்தின் (படம் 3.1) கட்டமைப்பு மற்றும் செயல்பாட்டை நாம் படித்தோம். இந்த கலம் Zn என்ற ரெடாக்ஸ் வினையின் போது வெளிவிடப்படும் வேதியியல் ஆற்றலை

படம் 3.1: துத்தநாகம் மற்றும் செம்பு மின்முனைகளைக் கொண்ட டேனியல் கலம், அவற்றின் உப்புகளின் கரைசல்களில் மூழ்கியுள்ளது.

$$ \begin{equation*} \mathrm{Zn}(\mathrm{s})+\mathrm{Cu}^{2+}(\mathrm{aq}) \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+}(\mathrm{aq})+\mathrm{Cu}(\mathrm{s}) \tag{3.1} \end{equation*} $$

மின்சார ஆற்றலாக மாற்றுகிறது மற்றும் $1.1 \mathrm{~V}$ க்கு சமமான மின்சார திறனைக் கொண்டுள்ளது, இதில் $\mathrm{Zn}^{2+}$ மற்றும் $\mathrm{Cu}^{2+}$ அயனிகளின் செறிவு ஒற்றை $\left(1 \mathrm{~mol} \mathrm{dm}^{-3}\right)^{*}$ ஆகும். இத்தகைய சாதனம் கல்வானிக் அல்லது வோல்ட்டாயிக் கலம் என்று அழைக்கப்படுகிறது.

கல்வானிக் கலத்தில் [படம் 3.2(அ)] ஒரு வெளிப்புற எதிர் திறன் பயன்படுத்தப்பட்டு மெதுவாக அதிகரிக்கப்பட்டால், எதிர் மின்னழுத்தம் 1.1 V [படம் 3.2(ஆ)] மதிப்பை அடையும் வரை வினை தொடர்ந்து நடைபெறுகிறது என்பதைக் காண்கிறோம், அப்போது வினை முற்றிலும் நிறுத்தப்பட்டு கலத்தின் வழியாக மின்னோட்டம் பாயாது. வெளிப்புற திறனில் மேலும் அதிகரிப்பு வினையை மீண்டும் தொடங்குகிறது, ஆனால் எதிர் திசையில் [படம் 3.2(இ)]. இப்போது அது ஒரு மின்பகுப்புக் கலமாக செயல்படுகிறது, இது மின்சார ஆற்றலைப் பயன்படுத்தி தன்னிச்சையாக நிகழாத வேதியியல் வினைகளை மேற்கொள்ளும் ஒரு சாதனமாகும். இரண்டு வகையான கலங்களும் மிகவும் முக்கியமானவை மற்றும் அவற்றின் சில முக்கிய அம்சங்களை நாம் பின்வரும் பக்கங்களில் படிப்போம்.

(அ) $E _{\text { ext }}$ < 1.1 V ஆக இருக்கும் போது

(i) எலக்ட்ரான்கள் துத்தநாகக் கம்பியிலிருந்து செம்புக் கம்பிக்கு பாய்கின்றன, எனவே மின்னோட்டம் Cu இலிருந்து Zn க்கு பாய்கிறது.

(ii) துத்தநாகம் நேர்மின்வாயில் கரைகிறது மற்றும் செம்பு எதிர்மின்வாயில் படிகிறது.

(ஆ) $E _{\text { ext }}$ = 1.1 V ஆக இருக்கும் போது

(i) எலக்ட்ரான்கள் அல்லது மின்னோட்டம் பாயாது.

(ii) வேதியியல் வினை இல்லை.

(இ) Eext > 1.1 V ஆக இருக்கும் போது

(i) எலக்ட்ரான்கள் Cu இலிருந்து Zn க்கு பாய்கின்றன மற்றும் மின்னோட்டம் Zn இலிருந்து Cu க்கு பாய்கிறது.

(ii) துத்தநாக மின்முனையில் துத்தநாகம் படிகிறது மற்றும் செப்பு மின்முனையில் செம்பு கரைகிறது.

படம் 3.2 கலத் திறனை எதிர்க்கும் வெளிப்புற மின்னழுத்தம் $E _{\text { ext }}$ பயன்படுத்தப்படும் போது டேனியல் கலத்தின் செயல்பாடு

3.2 கல்வானிக் கலங்கள்

முன்பு குறிப்பிட்டபடி (தரம் XI, அலகு 8) ஒரு கல்வானிக் கலம் என்பது ஒரு தன்னிச்சையான ரெடாக்ஸ் வினையின் வேதியியல் ஆற்றலை மின்சார ஆற்றலாக மாற்றும் ஒரு மின்வேதியியல் கலமாகும். இந்த சாதனத்தில், தன்னிச்சையான ரெடாக்ஸ் வினையின் கிப்ஸ் ஆற்றல் மின்சார வேலையாக மாற்றப்படுகிறது, இது ஒரு மோட்டாரை இயக்க அல்லது வெப்பமூட்டி, விசிறி, கீசர் போன்ற பிற மின்சார கேஜெட்டுகளை இயக்க பயன்படுத்தப்படலாம்.

முன்பு விவாதிக்கப்பட்ட டேனியல் கலம் ஒரு கலமாகும், இதில் பின்வரும் ரெடாக்ஸ் வினை நடைபெறுகிறது.

$$ \mathrm{Zn}(\mathrm{s})+\mathrm{Cu}^{2+}(\mathrm{aq}) \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+}(\mathrm{aq})+\mathrm{Cu}(\mathrm{s}) $$

இந்த வினை இரண்டு அரை வினைகளின் கூட்டுத்தொகையாகும், இதன் கூட்டுத்தொகை மொத்த கல வினையைத் தருகிறது:

(i) $\mathrm{Cu}^{2+}+2 \mathrm{e}^{-} \rightarrow \mathrm{Cu}(\mathrm{s}) \quad$ (குறைப்பு அரை வினை)

(ii) $\mathrm{Zn}$ (s) $\rightarrow \mathrm{Zn}^{2+}+2 \mathrm{e}^{-} \quad$ (உயர்வு அரை வினை)

இந்த வினைகள் டேனியல் கலத்தின் இரண்டு வெவ்வேறு பகுதிகளில் நடைபெறுகின்றன. குறைப்பு அரை வினை செப்பு மின்முனையிலும், உயர்வு அரை வினை துத்தநாக மின்முனையிலும் நடைபெறுகிறது. கலத்தின் இந்த இரண்டு பகுதிகளும் அரை-கலங்கள் அல்லது ரெடாக்ஸ் இணைகள் என்றும் அழைக்கப்படுகின்றன. செப்பு மின்முனையை குறைப்பு அரை கலம் என்றும், துத்தநாக மின்முனையை உயர்வு அரை கலம் என்றும் அழைக்கலாம்.

டேனியல் கலத்தின் முறையில் வெவ்வேறு அரை-கலங்களின் சேர்க்கைகளை எடுத்து எண்ணற்ற கல்வானிக் கலங்களை நாம் கட்டமைக்கலாம். ஒவ்வொரு அரை-கலமும் ஒரு உலோக மின்முனையை ஒரு மின்பகுளியில் மூழ்க வைப்பதைக் கொண்டுள்ளது. இரண்டு அரை-கலங்களும் வெளிப்புறமாக ஒரு வோல்ட்மீட்டர் மற்றும் ஒரு சுவிட்ச் மூலம் ஒரு உலோக கம்பியால் இணைக்கப்பட்டுள்ளன. இரண்டு அரை-கலங்களின் மின்பகுளிகள் உள்ளீடாக ஒரு உப்புப் பாலம் மூலம் படம் 3.1 இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி இணைக்கப்பட்டுள்ளன. சில நேரங்களில், இரண்டு மின்முனைகளும் ஒரே மின்பகுளி கரைசலில் மூழ்கியிருக்கும் மற்றும் அத்தகைய சந்தர்ப்பங்களில் நமக்கு உப்புப் பாலம் தேவையில்லை.

ஒவ்வொரு மின்முனை-மின்பகுளி இடைமுகத்திலும், கரைசலிலிருந்து உலோக அயனிகள் உலோக மின்முனையில் படிவதற்கான போக்கு உள்ளது, இது அதை நேர்மறையாக மின்னூட்டம் செய்ய முயற்சிக்கிறது. அதே நேரத்தில், மின்முனையின் உலோக அணுக்கள் கரைசலில் அயனிகளாக செல்லும் போக்கைக் கொண்டுள்ளன மற்றும் எலக்ட்ரான்களை மின்முனையில் விட்டுச் செல்கின்றன, இது அதை எதிர்மறையாக மின்னூட்டம் செய்ய முயற்சிக்கிறது. சமநிலையில், மின்னூட்டங்களின் பிரிப்பு உள்ளது மற்றும் இரண்டு எதிர் வினைகளின் போக்குகளைப் பொறுத்து, மின்முனை கரைசலைப் பொறுத்தவரை நேர்மறையாகவோ அல்லது எதிர்மறையாகவோ மின்னூட்டம் செய்யப்படலாம். மின்முனை மற்றும் மின்பகுளிக்கு இடையே ஒரு திறன் வேறுபாடு உருவாகிறது, இது மின்முனைத் திறன் என்று அழைக்கப்படுகிறது. ஒரு அரை-கலத்தில் ஈடுபட்டுள்ள அனைத்து இனங்களின் செறிவும் ஒற்றுமையாக இருக்கும்போது, மின்முனைத் திறன் நிலையான மின்முனைத் திறன் என்று அழைக்கப்படுகிறது. IUPAC மரபுக்கு ஏற்ப, நிலையான குறைப்புத் திறன்கள் இப்போது நிலையான மின்முனைத் திறன்கள் என்று அழைக்கப்படுகின்றன. ஒரு கல்வானிக் கலத்தில், உயர்வு நடைபெறும் அரை-கலம் நேர்மின்வாய் என்று அழைக்கப்படுகிறது மற்றும் அது கரைசலைப் பொறுத்தவரை எதிர்மறை திறனைக் கொண்டுள்ளது. குறைப்பு நடைபெறும் மற்ற அரை-கலம் எதிர்மின்வாய் என்று அழைக்கப்படுகிறது மற்றும் அது கரைசலைப் பொறுத்தவரை நேர்மறை திறனைக் கொண்டுள்ளது. இவ்வாறு, இரண்டு மின்முனைகளுக்கு இடையே ஒரு திறன் வேறுபாடு உள்ளது மற்றும் சுவிட்ச் இயக்க நிலையில் இருக்கும் விரைவில் எலக்ட்ரான்கள் எதிர்மறை மின்முனையிலிருந்து நேர்மறை மின்முனைக்கு பாய்கின்றன. மின்னோட்டத்தின் திசை எலக்ட்ரான் ஓட்டத்தின் திசைக்கு எதிரானது.

ஒரு கல்வானிக் கலத்தின் இரண்டு மின்முனைகளுக்கு இடையே உள்ள திறன் வேறுபாடு கலத் திறன் என்று அழைக்கப்படுகிறது மற்றும் வோல்ட்டுகளில் அளவிடப்படுகிறது. கலத் திறன் என்பது எதிர்மின்வாய் மற்றும் நேர்மின்வாயின் மின்முனைத் திறன்களின் (குறைப்புத் திறன்கள்) வித்தியாசமாகும். கலத்தின் வழியாக எந்த மின்னோட்டமும் இழுக்கப்படாதபோது அது கலத்தின் மின்னியக்கு விசை (emf) என்று அழைக்கப்படுகிறது. கல்வானிக் கலத்தைக் குறிக்கும்போது நேர்மின்வாயை இடதுபுறமும் எதிர்மின்வாயை வலதுபுறமும் வைப்பது இப்போது ஏற்றுக்கொள்ளப்பட்ட மரபாகும். ஒரு கல்வானிக் கலம் பொதுவாக உலோகம் மற்றும் மின்பகுளி கரைசலுக்கு இடையே ஒரு செங்குத்து கோட்டையும், உப்புப் பாலத்தால் இணைக்கப்பட்ட இரண்டு மின்பகுளிகளுக்கு இடையே இரட்டை செங்குத்து கோட்டையும் வைப்பதன் மூலம் குறிக்கப்படுகிறது. இந்த மரபின் கீழ், கலத்தின் மின்னியக்கு விசை நேர்மறையாக இருக்கும் மற்றும் வலது பக்கத்தில் உள்ள அரை-கலத்தின் திறன் கழித்து இடது பக்கத்தில் உள்ள அரை-கலத்தின் திறன் ஆகும், அதாவது,

$$ E_{\text {cell }}=E_{\text {right }}-E_{\text {left }} $$

இது பின்வரும் எடுத்துக்காட்டால் விளக்கப்பட்டுள்ளது:

கல வினை:

$$ \begin{equation*} \mathrm{Cu}(\mathrm{s})+2 \mathrm{Ag}^{+}(\mathrm{aq}) \longrightarrow \mathrm{Cu}^{2+}(\mathrm{aq})+2 \mathrm{Ag}(\mathrm{s}) \tag{3.4} \end{equation*} $$

அரை-கல வினைகள்: எதிர்மின்வாய் (குறைப்பு): $\quad 2 \mathrm{Ag}^{+}(\mathrm{aq})+2 \mathrm{e}^{-} \rightarrow 2 \mathrm{Ag}(\mathrm{s})$

நேர்மின்வாய் (உயர்வு): $\quad \mathrm{Cu}(\mathrm{s}) \rightarrow \mathrm{Cu}^{2+}(\mathrm{aq})+2 \mathrm{e}^{-}$

(3.5) மற்றும் (3.6) ஆகியவற்றின் கூட்டுத்தொகை கலத்தில் உள்ள மொத்த வினை (3.4) க்கு வழிவகுக்கிறது மற்றும் வெள்ளி மின்முனை எதிர்மின்வாயாகவும், செப்பு மின்முனை நேர்மின்வாயாகவும் செயல்படுகிறது என்பதைக் காணலாம். கலத்தை இவ்வாறு குறிப்பிடலாம்:

$$ \begin{align*} & \mathrm{Cu}(\mathrm{s})\left|\mathrm{Cu}^{2+}(\mathrm{aq}) \| \mathrm{Ag}^{+}(\mathrm{aq})\right| \mathrm{Ag}(\mathrm{s}) \\ & \text { and we have } E_{\text {cell }}=E_{\text {right }}-E_{\text {left }}=E_{\mathrm{Ag}^{+} \mid \mathrm{Ag}}-E_{\mathrm{Cu}^{2+} \mid \mathrm{Cu}} \tag{3.7} \end{align*} $$

3.2.1 மின்முனைத் திறனின் அளவீடு

தனிப்பட்ட அரை-கலத்தின் திறனை அளவிட முடியாது. இரண்டு அரை-கலத் திறன்களுக்கு இடையே உள்ள வேறுபாட்டை மட்டுமே நாம் அளவிட முடியும், இது கலத்தின் மின்னியக்கு விசையைத் தருகிறது. ஒரு மின்முனையின் (அரை-கலம்) திறனை நாம் தன்னிச்சையாக தேர்ந்தெடுத்தால், மற்றொன்றின் திறனை இதைப் பொறுத்து தீர்மானிக்க முடியும். மரபுக்கு ஏற்ப, நிலையான ஹைட்ரஜன் மின்முனை (படம்.3.3) என அழைக்கப்படும் ஒரு அரை-கலம் $\mathrm{Pt}(\mathrm{s})\left|\mathrm{H}_{2}(\mathrm{~g})\right| \mathrm{H}^{+}(\mathrm{aq})$ ஆல் குறிக்கப்படுகிறது, இது வினைக்கு ஒத்த அனைத்து வெப்பநிலைகளிலும் பூஜ்ஜிய திறன் ஒதுக்கப்படுகிறது.

படம் 3.3: நிலையான ஹைட்ரஜன் மின்முனை (SHE).

$$ \mathrm{H}^{+}(\mathrm{aq})+\mathrm{e}^{-} \rightarrow \frac{1}{2} \mathrm{H}_{2}(\mathrm{~g}) $$

நிலையான ஹைட்ரஜன் மின்முனை பிளாட்டினம் கருப்பால் பூசப்பட்ட பிளாட்டினம் மின்முனையைக் கொண்டுள்ளது. மின்முனை ஒரு அமிலக் கரைசலில் மூழ்கியுள்ளது மற்றும் தூய ஹைட்ரஜன் வாயு அதன் வழியாக குமிழியிடப்படுகிறது. ஹைட்ரஜனின் குறைக்கப்பட்ட மற்றும் ஆக்சிஜனேற்றப்பட்ட வடிவங்களின் செறிவு இரண்டும் ஒற்றுமையில் பராமரிக்கப்படுகின்றன (படம் 3.3). இதன் பொருள் ஹைட்ரஜன் வாயுவின் அழுத்தம் ஒரு பார் மற்றும் கரைசலில் ஹைட்ரஜன் அயனியின் செறிவு ஒரு மோலார் ஆகும்.

$298 \mathrm{~K}$ இல், கலத்தின் மின்னியக்கு விசை, நிலையான ஹைட்ரஜன் மின்முனை $\mid$ இரண்டாவது அரை-கலம் நிலையான ஹைட்ரஜன் மின்முனையை நேர்மின்வாயாக (குறிப்பு அரை-கலம்) எடுத்து மற்ற அரை-கலத்தை எதிர்மின்வாயாகக் கொண்டு கட்டமைக்கப்படுகிறது, இது மற்ற அரை-கலத்தின் குறைப்புத் திறனைத் தருகிறது. வலது பக்க அரை-கலத்தில் உள்ள இனங்களின் ஆக்சிஜனேற்றப்பட்ட மற்றும் குறைக்கப்பட்ட வடிவங்களின் செறிவு ஒற்றுமையாக இருந்தால், கலத் திறன் கொடுக்கப்பட்ட அரை-கலத்தின் நிலையான மின்முனைத் திறன் $E^{o}{ }_{\mathrm{R}}$ க்கு சமமாக இருக்கும்.

$$ E^{\mathrm{\ominus}}=E_{\mathrm{R}}^{\mathrm{\ominus}}-E_{\mathrm{L}}^{\mathrm{\ominus}} $$

$E^{0}{ }_{\mathrm{L}}$ நிலையான ஹைட்ரஜன் மின்முனைக்கு பூஜ்ஜியமாக இருப்பதால்.

$$ E^{\ominus}=E_{R}^{\ominus}-0=E_{R}^{\ominus} $$

கலத்தின் அளவிடப்பட்ட மின்னியக்கு விசை:

$$ \operatorname{Pt}(\mathrm{s}) \mid \mathrm{H}_{2}(\mathrm{~g}, 1 \text { bar })\left|\mathrm{H}^{+}(\mathrm{aq}, 1 \mathrm{M}) \| \mathrm{Cu}^{2+}(\mathrm{aq}, 1 \mathrm{M})\right| \mathrm{Cu} $$

$0.34 \mathrm{~V}$ ஆகும் மற்றும் இது பின்வரும் வினைக்கு ஒத்த அரை-கலத்தின் நிலையான மின்முனைத் திறனின் மதிப்பாகும்:

$$ \mathrm{Cu}^{2+}(\mathrm{aq}, 1 \mathrm{M})+2 \mathrm{e}^{-} \rightarrow \mathrm{Cu}(\mathrm{s}) $$

இதேபோல், கலத்தின் அளவிடப்பட்ட மின்னியக்கு விசை:

$$ \operatorname{Pt}(\mathrm{s}) \mid \mathrm{H}_{2}\left(\mathrm{~g}, 1 \text { bar })\left|\mathrm{H}^{+}(\mathrm{aq}, 1 \mathrm{M}) \| \mathrm{Zn}^{2+}(\mathrm{aq}, 1 \mathrm{M})\right| \mathrm{Zn}\right. $$

$-0.76 \mathrm{~V}$ ஆகும், இது பின்வரும் அரை-கல வினைக்கான நிலையான மின்முனைத் திறனுக்கு ஒத்திருக்கிறது:

$$ \mathrm{Zn}^{2+}(\mathrm{aq}, 1 \mathrm{M})+2 \mathrm{e}^{-} \rightarrow \mathrm{Zn}(\mathrm{s}) $$

முதல் வழக்கில் நிலையான மின்முனைத் திறனின் நேர்மறை மதிப்பு $\mathrm{Cu}^{2+}$ அயனிகள் $\mathrm{H}^{+}$ அயன்களை விட எளிதில் குறைக்கப்படுகின்றன என்பதைக் குறிக்கிறது. தலைகீழ் செயல்முறை நடக்காது, அதாவது, மேலே விவரிக்கப்பட்ட நிலையான நிபந்தனைகளின் கீழ் ஹைட்ரஜன் அயனிகள் $\mathrm{Cu}$ ஐ ஆக்சிஜனேற்ற முடியாது (அல்லது மாற்றாக, ஹைட்ரஜன் வாயு செப்பு அயனைக் குறைக்க முடியும் என்று சொல்லலாம்). எனவே, $\mathrm{Cu}$ $\mathrm{HCl}$ இல் கரையாது. நைட்ரிக் அமிலத்தில் அது நைட்ரேட் அயனால் ஆக்சிஜனேற்றப்படுகிறது, ஹைட்ரஜன் அயனால் அல்ல. இரண்டாவது வழக்கில் நிலையான மின்முனைத் திறனின் எதிர்மறை மதிப்பு ஹைட்ரஜன் அயன்கள் துத்தநாகத்தை ஆக்சிஜனேற்ற முடியும் (அல்லது துத்தநாகம் ஹைட்ரஜன் அயன்களைக் குறைக்க முடியும்) என்பதைக் குறிக்கிறது.

இடது மின்முனை: $\mathrm{Zn}(\mathrm{s}) \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+}(\mathrm{aq}, 1 \mathrm{M})+2 \mathrm{e}^{-}$

வலது மின்முனை: $\mathrm{Cu}^{2+}$ aq, $(\left.1 \mathrm{M}\right)+2 \mathrm{e}^{-} \rightarrow \mathrm{Cu}(\mathrm{s})$

கலத்தின் மொத்த வினை மேலே உள்ள இரண்டு வினைகளின் கூட்டுத்தொகையாகும் மற்றும் நாம் சமன்பாட்டைப் பெறுகிறோம்:

$$ \begin{aligned} & \mathrm{Zn}(\mathrm{s})+\mathrm{Cu}^{2+}(\mathrm{aq}) \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+}(\mathrm{aq})+\mathrm{Cu}(\mathrm{s}) \end{aligned} $$ $$ \begin{aligned} & \text { emf of the cell }=E^{o}{ }_{\text {cell }}=E_R^o-E^o{ }_L \end{aligned} $$ $$ \begin{aligned} & =0.34 \mathrm{~V}-(-0.76) \mathrm{V}=1.10 \mathrm{~V} \end{aligned} $$

சில நேரங்களில் பிளாட்டினம் அல்லது தங்கம் போன்ற உலோகங்கள் மந்த மின்முனைகளாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. அவை வினையில் பங்கேற்காது, ஆனால் ஆக்சிஜனேற்றம் அல்லது குறைப்பு வினைகளுக்கும் எலக்ட்ரான்களின் கடத்தலுக்கும் அவற்றின் மேற்பரப்பை வழங்குகின்றன. எடுத்துக்காட்டாக, பின்வரும் அரை-கலங்களில் Pt பயன்படுத்தப்படுகிறது:

ஹைட்ரஜன் மின்முனை: $\quad \mathrm{Pt}(\mathrm{s})\left|\mathrm{H}_{2}(\mathrm{~g})\right| \mathrm{H}^{+}(\mathrm{aq})$

அரை-கல வினையுடன்: $\quad \mathrm{H}^{+}(\mathrm{aq})+\mathrm{e}^{-} \rightarrow 1 / 2 \mathrm{H}_{2}(\mathrm{~g})$

புரோமின் மின்முனை: $\quad \mathrm{Pt}(\mathrm{s})\left|\mathrm{Br}_{2}(\mathrm{aq})\right| \mathrm{Br}^{-}(\mathrm{aq})$

அரை-கல வினையுடன்: $\quad 1 / 2 \mathrm{Br}_{2}(\mathrm{aq})+\mathrm{e}^{-} \rightarrow \mathrm{Br}^{-}(\mathrm{aq})$

நிலையான மின்முனைத் திறன்கள் மிகவும் முக்கியமானவை மற்றும் அவற்றிலிருந்து நாம் நிறைய பயனுள்ள தகவல்களைப் பிரித்தெடுக்கலாம். சில தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட அரை-கலக் குறைப்பு வினைகளுக்கான நிலையான மின்முனைத் திறன்களின் மதிப்புகள் அட்டவணை 3.1 இல் கொடுக்கப்பட்டுள்ளன. ஒரு மின்முனையின் நிலையான மின்முனைத் திறன் பூஜ்ஜியத்தை விட அதிகமாக இருந்தால், அதன் குறைக்கப்பட்ட வடிவம் ஹைட்ரஜன் வாயுவுடன் ஒப்பிடும்போது அதிக நிலைப்புத்தன்மை கொண்டது. இதேபோல், நிலையான மின்முனைத் திறன் எதிர்மறையாக இருந்தால், ஹைட்ரஜன் வாயு இனத்தின் குறைக்கப்பட்ட வடிவத்தை விட அதிக நிலைப்புத்தன்மை கொண்டது. புளோரினுக்கான நிலையான மின்முனைத் திறன் அட்டவணையில் மிக அதிகமாக இருப்பதைக் காணலாம், இது புளோரின் வாயு $\left(\mathrm{F}_{2}\right)$ புளோரைடு அயன்களாக $\left(\mathrm{F}^{-}\right)$ குறைக்கப்படுவதற்கான அதிகபட்ச போக்கைக் கொண்டுள்ளது என்பதைக் குறிக்கிறது, எனவே புளோரின் வாயு வலுவான ஆக்சிஜனேற்றியாகும் மற்றும் புளோரைடு அயன் பலவீனமான குறைப்பியாகும். லித்தியம் மிகக் குறைந்த மின்முனைத் திறனைக் கொண்டுள்ளது, இது லித்தியம் அயன் பலவீனமான ஆக்சிஜனேற்றியாகும், அதே நேரத்தில் லித்தியம் உலோகம் ஒரு நீர்க் கரைசலில் மிகவும் சக்திவாய்ந்த குறைப்பியாகும். அட்டவணை 3.1 இல் மேலிருந்து கீழாக செல்லும்போது, நிலையான மின்முனைத் திறன் குறைகிறது மற்றும் இதனுடன், வினையின் இடது பக்கத்தில் உள்ள இனங்களின் ஆக்சிஜனேற்ற சக்தி குறைகிறது மற்றும் வினையின் வலது பக்கத்தில் உள்ள இனங்களின் குறைக்கும் சக்தி அதிகரிக்கிறது என்பதைக் காணலாம். மின்வேதியியல் கலங்கள் $\mathrm{pH}$ கரைசல்கள், கரைதிறன் பெருக்கம், சமநிலை மாறிலி மற்றும் பிற வெப்ப இயக்கவியல் பண்புகள் மற்றும் மின்னழுத்த அளவீட்டு டைட்ரேஷன்களை தீர்மானிக்க பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

அட்டவணை 3.1: 298 K இல் நிலையான மின்முனைத் திறன்கள்

3.3 நெர்ன்ஸ்ட் சமன்பாடு

முந்தைய பிரிவில், மின்முனை வினையில் ஈடுபட்டுள்ள அனைத்து இனங்களின் செறிவும் ஒற்றுமை என்று நாம் கருதினோம். இது எப்போதும் உண்மையாக இருக்க வேண்டியதில்லை. மின்முனை வினைக்கு:

$$ \mathrm{M}^{\mathrm{n}+}(\mathrm{aq})+\mathrm{ne}^{-} \rightarrow \mathrm{M}(\mathrm{s}) $$

நிலையான ஹைட்ரஜன் மின்முனையைப் பொறுத்து அளவிடப்படும் எந்த செறிவிலும் மின்முனைத் திறனை பின்வருமாறு குறிப்பிடலாம்:

$$ E_{\left(\mathrm{M}^{\mathrm{n}+} / \mathrm{M}\right)}=E_{\left(\mathrm{M}^{\mathrm{n}+} / \mathrm{M}\right)}^{\mathrm{o}}-\frac{R T}{n F} \ln \frac{[\mathrm{M}]}{\left[\mathrm{M}^{\mathrm{n}+}\right]} $$

ஆனால் திட $\mathrm{M}$ இன் செறிவு ஒற்றுமையாக எடுத்துக் கொள்ளப்படுகிறது மற்றும் நம்மிடம் உள்ளது

$$ \begin{equation*} E_{\left(\mathrm{M}^{\mathrm{n}+} / \mathrm{M}\right)}=E_{\left(\mathrm{M}^{\mathrm{n}+} / \mathrm{M}\right)}^{\mathrm{o}}-\frac{R T}{n F} \ln \frac{1}{\left[\mathrm{M}^{\mathrm{n}+}\right]} \tag{3.8} \end{equation*} $$

$\left(.E_{\left(\mathrm{M}^{\mathrm{n}} / \mathrm{M}\right).}^{0}\right)$ ஏற்கனவே வரையறுக்கப்பட்டுள்ளது, $R$ என்பது வாயு மாறிலி $\left(8.314 \mathrm{JK}^{-1} \mathrm{~mol}^{-1}\right)$,

$F$ என்பது ஃபாரடே மாறிலி ( $96487 \mathrm{C} \mathrm{mol}^{-1}$ ), $T$ என்பது கெல்வினில் வெப்பநிலை மற்றும் $\left[\mathrm{M}^{\mathrm{n}+}\right]$ என்பது இனத்தின் செறிவு, $\mathrm{M}^{\mathrm{n}+}$.

டேனியல் கலத்தில், $\mathrm{Cu}^{2+}$ மற்றும் $\mathrm{Zn}^{2+}$ அயனிகளின் எந்தவொரு கொடுக்கப்பட்ட செறிவிற்கும் மின்முனைத் திறன், நாம் எழுதுகிறோம்

எதிர்மின்வாய்க்கு: $$ \begin{equation*} E_{\left(\mathrm{Cu}^{2+} / \mathrm{Cu}\right)}=E_{\left(\mathrm{Cu}^{2+} / \mathrm{Cu}\right)}^{\mathrm{o}}-\frac{R T}{2 F} \ln \frac{1}{\left[\mathrm{Cu}^{2+}(\mathrm{aq})\right]} \tag{3.9} \end{equation*} $$

நேர்மின்வாய்க்கு:

$$ \begin{equation*} E_{\left(\mathrm{Zn}^{2+} / \mathrm{Zn}\right)}=E_{\left(\mathrm{Zn}^{2+} / \mathrm{Zn}\right)}^{\mathrm{o}}-\frac{R T}{2 F} \ln \frac{1}{\left[\mathrm{Zn}^{2+}(\mathrm{aq})\right]} \tag{3.10} \end{equation*} $$

கலத் திறன்,

$$ \begin{align*} E _{(\text {cell) })} & =\mathrm{E} _{\left(\mathrm{Cu}^{2+} / \mathrm{Cu}\right)}-\mathrm{E} _{\left(\mathrm{Zn}^{2+} / \mathrm{Zn}\right)} \\ & =\mathrm{E} _{\left(\mathrm{Cu}^{2+} / \mathrm{Cu}\right)}^{\ominus}-\frac{R T}{2 F} \ln \frac{1}{\mathrm{Cu}^{2+}(\mathrm{aq})}-\mathrm{E} _{\left(\mathrm{Zn}^{2+} / \mathrm{Zn}\right)}^{\ominus}+\frac{R T}{2 F} \ln \frac{1}{\mathrm{Zn}^{2+}(\mathrm{aq})} \\ & =\mathrm{E} _{\left(\mathrm{Cu}^{2+} / \mathrm{Cu}\right)}^{\ominus}-\mathrm{E} _{\left(\mathrm{Zn}^{2+} / \mathrm{Zn}\right)}^{\ominus}-\frac{R T}{2 F} \ln \frac{1}{\mathrm{Cu}^{2+}(\mathrm{aq})}-\ln \frac{1}{\mathrm{Zn}^{2+}(\mathrm{aq})} \\ E _{(\text {cell) }} & =E _{(\text {cell) }}^{\ominus}-\frac{R T}{2 F} \ln \frac{\left[\mathrm{Zn}^{2+}\right]}{\left[\mathrm{Cu}^{2+}\right]} \tag{2.11} \end{align*} $$

$E_{\text {(cell) }}$ ஆனது $\mathrm{Cu}^{2+}$ மற்றும் $\mathrm{Zn}^{2+}$ அயன்கள் இரண்டின் செறிவையும் சார்ந்துள்ளது என்பதைக் காணலாம். இது $\mathrm{Cu}^{2+}$ அயன்களின் செறிவு அதிகரிப்புடன் அதிகரிக்கிறது மற்றும் $\mathrm{Zn}^{2+}$ அயன்களின் செறிவு குறைவதால் அதிகரிக்கிறது.

சமன்பாடு (2.11) இல் உள்ள இயற்கை மடக்கையை அடிப்படை 10 ஆக மாற்றி $R, F$ மற்றும் $T=298 \mathrm{~K}$ இன் மதிப்புகளை மாற்றுவதன் மூலம், அது குறைகிறது

$$ \begin{equation*} E_{\text {(cell) }}=E_{\text {(cell) }}^{o}-\frac{0.059}{2} \log \frac{\left[\mathrm{Zn}^{2+}\right]}{\left[\mathrm{Cu}^{2+}\right]} \tag{3.12} \end{equation*} $$

இரண்டு மின்முனைகளுக்கும் ஒரே எண்ணிக்கையிலான எலக்ட்ரான்களை ( $n$ ) பயன்படுத்த வேண்டும், எனவே பின்வரும் கலத்திற்கு

$$ \mathrm{Ni}(\mathrm{s})\left|\mathrm{Ni}^{2+}(\mathrm{aq}) \| \mathrm{Ag}^{+}(\mathrm{aq})\right| \mathrm{Ag} $$

கல வினை $\mathrm{Ni}(\mathrm{s})+2 \mathrm{Ag}^{+}(\mathrm{aq}) \rightarrow \mathrm{Ni}^{2+}(\mathrm{aq})+2 \mathrm{Ag}(\mathrm{s})$ ஆகும்

நெர்ன்ஸ்ட் சமன்பாட்டை இவ்வாறு எழுதலாம் $$ E_{\text {(cell) }}=E_{\text {(cell) }}^{o}-\frac{R T}{2 F} \ln \frac{\left[\mathrm{Ni}^{2+}\right]}{\left[\mathrm{Ag}^{+}\right]^{2}} $$

மற்றும் வகையின் பொதுவான மின்வேதியியல் வினைக்கு:

$$ \mathrm{a} \mathrm{A}+\mathrm{bB} \xrightarrow{n e^{-}} \mathrm{cC}+\mathrm{dD} $$

நெர்ன்ஸ்ட் சமன்பாட்டை இவ்வாறு எழுதலாம்:

$$ \begin{align*} E_{\text {(cell) }} & =E_{\text {(cell) }}^{o}-\frac{R T}{n F} \ln Q \\ & =E_{\text {(cell) }}^{o}-\frac{R T}{n F} \ln \frac{[\mathrm{C}]^{\mathrm{c}}[\mathrm{D}]^{\mathrm{d}}}{[\mathrm{A}]^{\mathrm{a}}[\mathrm{B}]^{\mathrm{b}}} \tag{3.13} \end{align*} $$

எடுத்துக்காட்டு 3.1 பின்வரும் வினை நடைபெறும் கலத்தைக் குறிக்கவும்

$$\mathrm{Mg}(\mathrm{s})+2 \mathrm{Ag}^{+}(0.0001 \mathrm{M}) \rightarrow \mathrm{Mg}^{2+}(0.130 \mathrm{M})+2 \mathrm{Ag}(\mathrm{s})$$

அதன் $E_{(\text {cell })}$ ஐக் கணக்கிடவும், $E_{\text {(cell) }}^{o}=3.17 \mathrm{~V}$ எனில்.

தீர்வு

கலத்தை இவ்வாறு எழுதலாம்

$\mathrm{Mg}\left|\mathrm{Mg}^{2+}(0.130 \mathrm{M})\right|\left|\mathrm{Ag}^{+}(0.0001 \mathrm{M})\right| \mathrm{Ag}$ $$ \begin{aligned} E_{(\text {cell })} & =E_{\text {(cell) }}^{\mathrm{o}}-\frac{\mathrm{RT}}{2 \mathrm{~F}} \ln \frac{\mathrm{Mg}^{2+}}{\mathrm{Ag}^{+2}} \\ & =3.17 \mathrm{~V}-\frac{0.059 \mathrm{~V}}{2} \log \frac{0.130}{(0.0001)^{2}}=3.17 \mathrm{~V}-0.21 \mathrm{~V}=2.96 \mathrm{~V} \end{aligned} $$

3.3.1 நெர்ன்ஸ்ட் சமன்பாட்டிலிருந்து சமநிலை மாறிலி

டேனியல் கலத்தில் (படம் 3.1) சுற்று மூடப்பட்டால், வினை

$$ \begin{equation*} \mathrm{Zn}(\mathrm{s})+\mathrm{Cu}^{2+}(\mathrm{aq}) \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+}(\mathrm{aq})+\mathrm{Cu}(\mathrm{s}) \tag{3.1} \end{equation*} $$

நடைபெறுகிறது மற்றும் நேரம் கடந்து, $\mathrm{Zn}^{2+}$ இன் செறிவு தொடர்ந்து அதிகரிக்கும், அதே நேரத்தில் $\mathrm{Cu}^{2+}$ இன் செறிவு தொடர்ந்து குறைகிறது. அதே நேரத்தில், வோல்ட்மீட்டரில் வாசிக்கப்பட்ட கலத்தின் மின்னழுத்தம் தொடர்ந்து குறைகிறது. சிறிது நேரம் கழித்து, $\mathrm{Cu}^{2+}$ மற்றும் $\mathrm{Zn}^{2+}$ அயன்களின் செறிவில் மாற்றம் இல்லை மற்றும் அதே நேரத்தில், வோல்ட்மீட்டர் பூஜ்ஜிய வாசிப்பைத் தருகிறது என்பதைக் கவனிப்போம். இது சமநிலை அடைந்துள்ளது என்பதைக் குறிக்கிறது. இந்த சூழ்நிலையில் நெர்ன்ஸ்ட் சமன்பாட்டை இவ்வாறு எழுதலாம்:

$$ \begin{aligned} & E_{\text {(cell) }}=0=E_{\text {(cell) }}^{\mathrm{o}}-\frac{2.303 R T}{2 F} \log \frac{\left[\mathrm{Zn}^{2+}\right]}{\left[\mathrm{Cu}^{2+}\right]} \\ & \text { or } E_{\text {(cell) }}^{o}=\frac{2.303 R T}{2 F} \log \frac{\left[\mathrm{Zn}^{2+}\right]}{\left[\mathrm{Cu}^{2+}\right]} \end{aligned} $$

ஆனால் சமநிலையில்,

$$ \frac{\left[\mathrm{Zn}^{2+}\right]}{\left[\mathrm{Cu}^{2+}\right]}=K_{c} \text { for the reaction } 3.1 $$

மற்றும் $\mathrm{T}=298 \mathrm{~K}$ இல் மேலே உள்ள சமன்பாட்டை இவ்வாறு எழுதலாம்

$$ \begin{aligned} & E_{\text {(cell) }}^{o}=\frac{0.059 \mathrm{~V}}{2} \log K_{C}=1.1 \mathrm{~V} \quad\left(E_{\text {(cell) }}^{o}=1.1 \mathrm{~V}\right) \\ & \log K_{C}=\frac{(1.1 \mathrm{~V} \times 2)}{0.059 \mathrm{~V}}=37.288 \\ & K_{C}=2 \times 10^{37} \text { at } 298 \mathrm{~K} \end{aligned} $$

பொதுவாக,

$$ \begin{equation*} E_{(\mathrm{cell})}^{\mathrm{o}}=\frac{2.303 R T}{n F} \log K_{C} \tag{3.14} \end{equation*} $$

எனவே, சமன்பாடு (3.14) வினையின் சமநிலை மாறிலிக்கும், அந்த வினை நடைபெறும் கலத்தின் நிலையான திறனுக்கும் இடையேயான தொடர்பைத் தருகிறது. இவ்வாறு, வினையின் சமநிலை ம