गैल्वेनिक सेल: भागों, यह कैसे काम करता है, अनुप्रयोग, उदाहरण - रसायन विज्ञान - 2025

गैल्वानिक सेल या वोल्टेइक सेल विद्युत सेल का एक प्रकार है कि दो अलग अलग दो आधा कोशिकाओं, जिसमें समाधान में एक यौगिक एक सहज प्रतिक्रिया को सक्रिय करता है में डूबे धातुओं के होते है।

फिर, आधे कोशिकाओं में से एक में धातु का ऑक्सीकरण होता है जबकि दूसरे आधे सेल में धातु कम हो जाता है, जिससे बाहरी सर्किट के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों का आदान-प्रदान होता है। यह विद्युत प्रवाह का लाभ उठाने की अनुमति देता है।

चित्रा 1. योजना और एक गैल्वेनिक सेल के कुछ हिस्सों। स्रोत: corinto.pucp.edu.pe

"गैल्वेनिक सेल" नाम बिजली के साथ प्रयोग के अग्रदूतों में से एक के सम्मान में है: इतालवी चिकित्सक और शरीर विज्ञानी लुइगी गैलवानी (1737-1798)।

गैलवानी ने 1780 में पता लगाया कि यदि एक छोर पर असमान धातुओं के केबलों को मिलाया गया और मुक्त छोरों को एक (मृत) मेंढक के कूबड़ के संपर्क में लाया गया, तो एक संकुचन हुआ।

हालांकि, बिजली का उत्पादन करने के लिए एक इलेक्ट्रोकेमिकल सेल बनाने वाला पहला भी 1800 में इतालवी एलेसेंड्रो वोल्टा (1745-1827) था और इसलिए वोल्टिक सेल का वैकल्पिक नाम।

गैल्वेनिक कोशिका के भाग

गैल्वेनिक सेल के भाग आकृति 1 में दिखाए गए हैं और निम्नानुसार हैं:

1.- एनोडिक सेमिकेल

2.- एनोडिक इलेक्ट्रोड

3.- एनोडिक विलयन

4.- कैथोड अर्धविराम

5.- कैथोड इलेक्ट्रोड

6.- कैथोडिक समाधान

7.- खारा पुल

8.- धात्विक कंडक्टर

9.- वोल्टमीटर

कार्यकरण

एक गैल्वेनिक सेल के संचालन की व्याख्या करने के लिए हम निम्न पर भरोसा करेंगे:

चित्रा 2. गैल्वेनिक सेल के डिडक्टिक मॉडल। स्रोत: स्लाइड्स डॉट कॉम

गैल्वेनिक सेल का मूल विचार यह है कि जो धातु ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया से गुजरती है, वह उस धातु से भौतिक रूप से अलग हो जाती है, जो इस तरह से होती है कि इलेक्ट्रॉनों का आदान-प्रदान बाहरी कंडक्टर के माध्यम से होता है, जो विद्युत प्रवाह के प्रवाह का लाभ उठाने की अनुमति देता है। उदाहरण के लिए एक लाइट बल्ब या एलईडी चालू करना।

चित्रा 2 में, बाएं आधे सेल में एक तांबा सल्फेट समाधान (CuS0 ₄) में डूबा हुआ एक धातु तांबा (Cu) टेप है, जबकि दाएं आधे सेल में एक जस्ता (Zn) टेप में डूबा हुआ है जिंक सल्फेट का एक समाधान (ZnSO ₄)।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि प्रत्येक आधे सेल में प्रत्येक की धातु दो ऑक्सीकरण राज्यों में मौजूद होती है: तटस्थ धातु परमाणु और समाधान में एक ही धातु के नमक के धातु आयन।

यदि धातु के टेप बाहरी प्रवाहकीय तार से नहीं जुड़ते हैं, तो दोनों धातुएं अलग-अलग उनकी संबंधित कोशिकाओं में ऑक्सीकृत हो जाती हैं।

हालांकि, चूंकि वे विद्युत रूप से जुड़े हुए हैं, इसलिए ऐसा होता है कि Zn में ऑक्सीकरण होगा, जबकि Cu में कमी प्रतिक्रिया होगी। ऐसा इसलिए है क्योंकि जस्ता की ऑक्सीकरण की डिग्री तांबे की तुलना में अधिक है।

जिस धातु को ऑक्सीकृत किया जाता है, वह बाहरी कंडक्टर के माध्यम से कम होने वाली धातु को इलेक्ट्रॉन्स देता है और इस प्रवाह का दोहन किया जा सकता है।

ऑक्सीकरण और कमी प्रतिक्रियाओं

जस्ता धातु इलेक्ट्रोड और जलीय जस्ता सल्फेट समाधान के बीच दाईं ओर होने वाली प्रतिक्रिया इस प्रकार है:

Zn ^o _(s) + Zn ²⁺ (SO ₄) ^2- → 2 Zn ²⁺ _(ac) + (SO ₄) ^2- + 2 e ^-

सही आधे सेल में एनोड इलेक्ट्रोड की सतह पर एक जस्ता परमाणु (ठोस), समाधान में जस्ता के सकारात्मक आयनों से प्रेरित होकर, दो इलेक्ट्रॉनों को छोड़ देता है और इलेक्ट्रोड से अलग हो जाता है, एक दोहरे सकारात्मक आयन के रूप में जलीय समाधान में गुजरता है। जस्ता।

हमें पता चलता है कि शुद्ध परिणाम यह था कि धातु से एक तटस्थ जस्ता परमाणु, दो इलेक्ट्रॉनों के नुकसान के माध्यम से, एक जस्ता आयन बन गया जो जलीय घोल में जोड़ता है, ताकि जस्ता रॉड एक परमाणु और खो जाए समाधान एक सकारात्मक डबल आयन का अधिग्रहण किया।

रिलीज़ किए गए इलेक्ट्रॉनों बाहरी तार के माध्यम से दूसरे सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए आधे सेल (कैथोड +) की धातु की ओर बढ़ना पसंद करेंगे। जिंक बार द्रव्यमान खो रहा है क्योंकि इसके परमाणु धीरे-धीरे जलीय घोल में गुजरते हैं।

जिंक ऑक्सीकरण को संक्षेप में निम्नानुसार किया जा सकता है:

Zn ^o _(s) → Zn ²⁺ _(एसी) + 2 e ^-

बाईं ओर होने वाली प्रतिक्रिया समान है, लेकिन जलीय घोल में तांबा दो इलेक्ट्रॉनों (अन्य आधे सेल से) को कैप्चर करता है और तांबे इलेक्ट्रोड पर जमा होता है। जब एक परमाणु इलेक्ट्रॉनों को उठाता है तो इसे कम कहा जाता है।

कॉपर रिडक्शन रिएक्शन इस तरह लिखा जाता है:

Cu ²⁺ _(एसी) + 2 e ^- → Cu ^o _(s)

कॉपर बार द्रव्यमान प्राप्त कर रहा है, क्योंकि समाधान के आयन बार में जाते हैं।

ऑक्सीकरण एनोड (ऋणात्मक) पर होता है, जो इलेक्ट्रॉनों को दोहराता है, जबकि कमी कैथोड (सकारात्मक) पर होती है, जो इलेक्ट्रॉनों को आकर्षित करती है। बाहरी कंडक्टर के माध्यम से इलेक्ट्रॉन विनिमय होता है।

नमक का पुल

नमक पुल दो आधा कोशिकाओं में जमा होने वाले आवेशों को संतुलित करता है। पॉजिटिव आयन एनोडिक आधे सेल में जमा होते हैं, जबकि कैथोडिक सेल में नकारात्मक सल्फेट आयनों की अधिकता रहती है।

नमक पुल के लिए, नमक का एक समाधान (जैसे सोडियम क्लोराइड या पोटेशियम क्लोराइड) जो प्रतिक्रिया में हस्तक्षेप नहीं करता है, का उपयोग किया जाता है, जो एक औंधा यू-आकार की ट्यूब में होता है, जिसके छोर छिद्रपूर्ण सामग्री की दीवार के साथ प्लग किए जाते हैं।

नमक पुल का एकमात्र उद्देश्य आयनों के लिए प्रत्येक सेल में फ़िल्टर करना, अतिरिक्त चार्ज को संतुलित करना या बेअसर करना है। इस तरह, नमक प्रवाह के माध्यम से नमक आयनों के माध्यम से एक वर्तमान प्रवाह उत्पन्न होता है, जो विद्युत सर्किट को बंद कर देता है।

ऑक्सीकरण और क्षमता में कमी

मानक ऑक्सीकरण और कमी की संभावनाओं को उन लोगों के लिए समझा जाता है जो 25 solutionsC के तापमान पर एनोड और कैथोड में होते हैं और 1M एकाग्रता (एक दाढ़) के समाधान के साथ होते हैं।

जस्ता के लिए इसकी मानक ऑक्सीकरण क्षमता ई _{ऑक्सी} = +0.76 वी है। जबकि, तांबा के लिए मानक कमी क्षमता ई _लाल = +0.34 वी है। इस गैल्वेनिक सेल द्वारा उत्पादित इलेक्ट्रोमोटिव बल (ईएमएफ) है: ईएमएफ = +0.76 वी + ०.३४ वी = १.१ वी।

गैल्वेनिक सेल की वैश्विक प्रतिक्रिया इस तरह लिखी जा सकती है:

Zn ^o _(s) + Cu ²⁺ _(aq) → Zn ²⁺ _(aq) + Cu ^o _(s)

सल्फेट को ध्यान में रखते हुए, शुद्ध प्रतिक्रिया है:

Zn ^o _(s) + Cu ²⁺ (SO ₄) ^{2- 25} →C → Zn ²⁺ (SO ₄) ^2- + Cu ^o _(s)

सल्फेट एक बायोसेंटर है, जबकि धातुएं इलेक्ट्रॉनों का आदान-प्रदान करती हैं।

एक गैल्वेनिक सेल का प्रतीकात्मक प्रतिनिधित्व

आकृति 2 में गैल्वेनिक सेल को प्रतीकात्मक रूप से इस प्रकार दर्शाया गया है:

Zn ^o _(s) -Zn ²⁺ _(aq) (1M) - Cu ²⁺ _(aq) (1M) -C ^o _(s)

अधिवेशन द्वारा, धातु जो ऑक्सीकरण करती है और एनोड (-) बनाती है उसे हमेशा बाईं ओर रखा जाता है और जलीय अवस्था में इसका आयन एक पट्टी (-) से अलग हो जाता है। एनोडिक आधा सेल को कैथोडिक से दो बार (-) नमक पुल का प्रतिनिधित्व करते हुए अलग किया जाता है। दाईं ओर मेटल हाफ सेल रखा गया है जो छोटा है और कैथोड (+) बनाता है।

एक गैल्वेनिक सेल के प्रतीकात्मक प्रतिनिधित्व में, चरम बाएं हमेशा धातु होता है जो ऑक्सीकरण होता है और जिस धातु को घटाया जाता है उसे चरम दाईं ओर (ठोस अवस्था में) रखा जाता है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि चित्रा 2 में आधा सेल पारंपरिक प्रतीकात्मक प्रतिनिधित्व के संबंध में रिवर्स स्थिति में हैं।

अनुप्रयोग

विभिन्न धातुओं के मानक ऑक्सीकरण क्षमता को जानने के बाद, इलेक्ट्रोमोटिव बल का निर्धारण करना संभव है जो इन धातुओं के साथ निर्मित एक गैल्वेनिक सेल का उत्पादन करेगा।

इस खंड में, हम अन्य धातुओं के साथ निर्मित सेल के शुद्ध इलेक्ट्रोमोटिव बल की गणना करने के लिए पिछले खंडों में बताई गई बातों को लागू करेंगे।

आवेदन के एक उदाहरण के रूप में हम लोहे (Fe) और तांबा (Cu) के गैल्वेनिक सेल पर विचार करते हैं। जैसा कि डेटा में निम्न कटौती प्रतिक्रियाएं और उनकी मानक कमी क्षमता दी गई है, यह 25ºC और 1M एकाग्रता पर कहना है:

Fe ²⁺ _(एसी) + 2 ई ^- → Fe _(s)। ई 1 _{नेटवर्क} = -0.44 वी

Cu ²⁺ _(ac) + 2 e ^- → Cu _(s)। ई 2 _लाल = +0.34 वी

इसे निम्नलिखित गैल्वेनिक सेल द्वारा निर्मित शुद्ध इलेक्ट्रोमोटिव बल खोजने के लिए कहा जाता है:

Fe _(s) -Fe ²⁺ _(aq) (1M) - Cu ²⁺ _(aq) -Cu _(s)

इस सेल में लोहा ऑक्सीकरण कर रहा है और गैल्वेनिक सेल का एनोड है, जबकि तांबा कम कर रहा है और कैथोड है। लोहे की ऑक्सीकरण क्षमता बराबर है, लेकिन इसकी कमी की क्षमता के विपरीत है, _{अर्थात}, E1 _{ऑक्सड} = +0.44।

इस गैल्वेनिक सेल द्वारा उत्पादित इलेक्ट्रोमोटिव बल प्राप्त करने के लिए, हम तांबे की कमी क्षमता के साथ लोहे की ऑक्सीकरण क्षमता को जोड़ते हैं:

ईएमएफ = ई 1 _{ऑक्सड} + ई 2 _रेड = -ई 1 _रेड + ई 2 _रेड = 0.44 वी + 0.34 वी = 0.78 एच ।

दैनिक जीवन में गैल्वेनिक सेल

रोज़मर्रा के उपयोग के लिए गैल्वेनिक कोशिकाएं एक डिडक्टिक मॉडल के रूप में उपयोग किए जाने वाले आकार से बहुत अलग हैं, लेकिन उनके संचालन का सिद्धांत समान है।

सबसे अधिक इस्तेमाल की जाने वाली सेल अपनी विभिन्न प्रस्तुतियों में 1.5 वी क्षारीय बैटरी है। पहला नाम इसलिए आता है क्योंकि यह ईएमएफ बढ़ाने के लिए श्रृंखला में जुड़ी कोशिकाओं का एक समूह है।

लिथियम रिचार्जेबल बैटरी भी गैल्वेनिक कोशिकाओं के समान कार्य सिद्धांत पर आधारित होती हैं और ये स्मार्टफोन, घड़ियों और अन्य उपकरणों में उपयोग की जाती हैं।

उसी तरह, ऑटोमोबाइल, मोटरसाइकिल और नौकाओं के लिए लीड बैटरी 12 वी हैं और गैल्वेनिक सेल के समान ऑपरेटिंग सिद्धांत पर आधारित हैं।

गैल्वेनिक कोशिकाओं का उपयोग सौंदर्यशास्त्र और मांसपेशियों के उत्थान में किया जाता है। चेहरे के उपचार हैं जो एक रोलर के आकार में दो इलेक्ट्रोड के माध्यम से वर्तमान को लागू करते हैं या उस क्षेत्र को साफ करते हैं और त्वचा को टोन करते हैं।

वर्तमान दालों को उन लोगों में मांसपेशियों को पुन: उत्पन्न करने के लिए भी लागू किया जाता है जो वेश्यावृत्ति की स्थिति में हैं।

एक घर का बना गैल्वेनिक सेल का निर्माण

होममेड गैल्वेनिक सेल बनाने के कई तरीके हैं। सबसे सरल में से एक सिरका का उपयोग समाधान, स्टील नाखून और तांबे के तारों के रूप में किया जाता है।

सामग्री

-डिजिटल प्लास्टिक के कप

-सफेद सिरका

-दो स्टील के पेंच

-दो तांबे के तार के टुकड़े (कोई इन्सुलेशन या वार्निश)

-एक वाल्टमीटर

प्रक्रिया

-गले के F भागों को सिरका के साथ मिलाएं।

तार के एक टुकड़े को छोड़कर, दो स्टील के तारों को तार के कई मोड़ के साथ जोड़ दें।

तांबे के तार का असंबद्ध अंत एक उल्टे यू आकार में मुड़ा हुआ है ताकि यह कांच के रिम पर टिकी रहे और शिकंजा सिरका में डूबा रहे।

चित्रा 3. घर का बना गैल्वेनिक सेल और मल्टीमीटर। सोर्स: youtube.com

तांबे के तार का एक और टुकड़ा एक उल्टे यू में मुड़ा हुआ है और कांच के किनारे पर विसर्जित शिकंजा के विपरीत एक स्थिति में लटका दिया जाता है, ताकि तांबे का एक हिस्सा सिरके के अंदर हो और तांबे के तार का दूसरा हिस्सा बाहर हो। कांच का।

वाल्टमीटर लीड्स के मुक्त छोर इस सरल सेल द्वारा उत्पादित इलेक्ट्रोमोटिव बल को मापने के लिए जुड़े हुए हैं। इस प्रकार की कोशिकाओं का ईएमएफ 0.5 वी है। एक क्षारीय बैटरी के ईएमएफ की बराबरी करने के लिए, दो और कोशिकाओं का निर्माण करना और तीनों को श्रृंखला में शामिल करना आवश्यक है, ताकि 1.5V बैटरी प्राप्त हो।

संदर्भ

1. बोर्नियो, आर। गैल्वेनिक और इलेक्ट्रोलाइटिक कोशिकाएं। से पुनर्प्राप्त: classdequimica.blogspot.com
2. सीडरोन, जे। जनरल केमिस्ट्री। PUCP। से पुनर्प्राप्त: corinto.pucp.edu.pe
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