9. மின்வேதியியல்

கற்றல் நோக்கங்கள்

இந்த அலகைக் கற்ற பிறகு, மாணவர்கள் முடியும்

மின்பகுளிக் கரைசலின் கடத்துத்திறனை அறிதல்
தடைத்திறன், கடத்துத்திறன், சமானக் கடத்துத்திறன் மற்றும் மோலார் கடத்துத்திறன் ஆகிய சொற்களை வரையறுத்தல்
செறிவுடன் கடத்துத்திறனின் மாறுபாட்டை விளக்குதல்
முடிவிலா நீர்த்தலில் வலுவிலா மின்பகுளியின் கடத்துத்திறனைக் கணக்கிட Kohlrausch விதியைப் பயன்படுத்துதல்
ஒரு மின்வேதியியல் கலத்தை விளக்குதல்
ஒரு மின்வேதியியல் கலத்திற்கும் மின்பகுப்புக் கலத்திற்கும் இடையே வேறுபடுத்துதல்
IUPAC கலக் குறியீட்டைப் பயன்படுத்தி ஒரு கால்வனிக் கலத்தைக் குறித்தல்
Nernst சமன்பாட்டைப் பெறுதல் மற்றும் \( E_{\text{cell}} \) கணக்கிட அதைப் பயன்படுத்துதல்
பாரடேயின் மின்பகுப்பு விதிகளை வரையறுத்தல்
மின்கலங்களின் கட்டமைப்பை விளக்குதல்
ஒரு மின்வேதியியல் செயல்முறையாக அரிப்பை விளக்குதல்.

அறிமுகம்

நம் வாழ்வில் பல பொருட்களைக் கடந்து வந்துள்ளோம், மேலும் அவற்றின் மின் கடத்துத்திறனின் அடிப்படையில் அவற்றை கடத்திகள், குறைக்கடத்திகள் மற்றும் மின்கடத்தாப் பொருட்கள் என பரவலாக வகைப்படுத்தலாம். செம்பு, அலுமினியம் போன்ற கடத்தும் பொருட்கள் மின் ஆற்றலை ஒரு இடத்திலிருந்து மற்றொரு இடத்திற்கு கொண்டு செல்லப் பயன்படுகின்றன, மேலும் PVC, பேக்கலைட் போன்ற மின்கடத்தாப் பொருட்கள் சுவிட்சுகள், சுற்று பலகைகள் போன்றவற்றில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன என்பதை நீங்கள் கவனித்திருக்கலாம். மின் ஆற்றல் எவ்வாறு உருவாக்கப்படுகிறது என்பது உங்களுக்குத் தெரியுமா? வெப்ப இயக்கவியலின் முதல் விதியிலிருந்து ஆற்றலை உருவாக்கவோ அழிக்கவோ முடியாது, ஆனால் ஒரு வகை ஆற்றலை மற்றொரு வடிவமாக மாற்ற முடியும் என்பதை நாம் அறிவோம். மின் ஆற்றலை உருவாக்க முடியாது, ஆனால் சூரிய ஆற்றல், காற்று ஆற்றல், அலை ஆற்றல் போன்றவற்றை மாற்றுவதன் மூலம் பல வழிகளில் மின் ஆற்றலை உருவாக்க முடியும். மின்கலங்களைப் போல வேதி ஆற்றலை மின் ஆற்றலாக மாற்றுவது அத்தகைய ஒரு வழியாகும். மின்கலங்கள் இல்லாமல் ஒரு நவீன தொழில்நுட்ப உலகை நம்மால் கற்பனை செய்து கூட பார்க்க முடியாது. எனவே இந்த வகை ஆற்றல் மாற்றத்தின் பின்னால் உள்ள கோட்பாடுகளை அறிவது முக்கியம். மின் ஆற்றல் போக்குவரத்து மற்றும் மின் மற்றும் வேதி ஆற்றலின் ஒன்றுக்கொன்று மாற்றம் பற்றிய ஆய்வைக் கையாளும் வேதியியலின் பிரிவு மின்வேதியியல் எனப்படும். மின்வேதியியல் வினைகள் ரெடாக்ஸ் வினைகள் ஆகும், மேலும் அவை ஒரு பொருளிலிருந்து மற்றொரு பொருளுக்கு எலக்ட்ரானை மாற்றுவதை உள்ளடக்குகின்றன.

இந்த அலகில், மின் கடத்துத்திறன், மின்கலங்களின் கட்டமைப்பு மற்றும் மின்வேதியியல் வினைகளில் உள்ள வெப்ப இயக்கவியல் கோட்பாடுகள் பற்றி அறிந்து கொள்வோம்.

9.1 மின்பகுளிக் கரைசலின் கடத்துத்திறன்

சோடியம் குளோரைடு, பொட்டாசியம் குளோரைடு போன்ற ஒரு மின்பகுளி நீர் போன்ற ஒரு கரைப்பானில் கரைக்கப்படும்போது, மின்பகுளி முழுமையாகப் பிரிந்து அதன் தொகுதி அயனிகளை (நேர்மின் அயனிகள் மற்றும் எதிர்மின் அயனிகள்) கொடுக்கிறது என்பதை நாம் ஏற்கனவே கற்றுள்ளோம். அத்தகைய மின்பகுளிக் கரைசலுக்கு ஒரு மின்புலம் பயன்படுத்தப்படும்போது, கரைசலில் உள்ள அயனிகள் ஒரு மின்முனையிலிருந்து மற்றொரு மின்முனைக்கு மின்னூட்டத்தைக் கொண்டு செல்கின்றன, இதன் மூலம் அவை மின்சாரத்தை கடத்துகின்றன. மின்பகுளிக் கரைசலின் கடத்துத்திறன் ஒரு கடத்துத்திறன் கலத்தைப் பயன்படுத்தி அளவிடப்படுகிறது. (படம் 9.1)

ஒரு கடத்துத்திறன் கலமானது ஒரு மின்பகுளிக் கரைசலில் மூழ்கிய இரண்டு மின்முனைகளைக் கொண்டுள்ளது. இது உலோகக் கடத்தியைப் போல ஓம் விதிக்குக் கீழ்ப்படிகிறது. அதாவது, நிலையான வெப்பநிலையில், கலத்தின் வழியாக பாயும் மின்னோட்டம் (I) கலத்தின் மின்னழுத்தத்திற்கு (V) நேர்விகிதத்தில் உள்ளது.

\[ \text{அதாவது, } I \propto V \text{ (அல்லது) } I = \frac{V}{R} \Rightarrow V = IR \qquad \text{....(9.1)} \]

இங்கு ‘R’ என்பது கரைசலின் தடை ஓமில் \( (\Omega) \) ஆகும்.

இங்கு தடை என்பது ஒரு கலம் அதன் வழியாக மின்னோட்டம் பாய்வதற்கு வழங்கும் எதிர்ப்பாகும்.

படம் 9.1 கடத்துத்திறன் கலம்

குறுக்கு வெட்டுப் பரப்பு (A) கொண்ட இரண்டு மின்முனைகளுக்கு இடையில் மின்பகுளிக் கரைசல் அடைக்கப்பட்டுள்ள ஒரு கடத்துத்திறன் கலத்தைக் கருத்தில் கொள்வோம், மேலும் அவை ’l’ தூரத்தால் பிரிக்கப்பட்டுள்ளன. உலோகக் கடத்தியைப் போலவே, அத்தகைய மின்பகுளிக் கரைசலின் தடையும் நீளத்திற்கு \( (l) \) நேர்விகிதத்திலும், குறுக்கு வெட்டுப் பரப்பிற்கு (A) எதிர்விகிதத்திலும் உள்ளது.

\[ R \propto \frac{l}{A} \]\[ R = \rho \frac{l}{A} \qquad \text{(9.2)} \]

இங்கு \( \rho \) (ரோ) என்பது தனித்தடைத்திறன் அல்லது தடைத்திறன் எனப்படுகிறது, இது மின்பகுளியின் தன்மையைப் பொறுத்தது.

\( \frac{l}{A} = 1\ \mathrm{m}^{-1} \) எனில், \( \rho = R \). எனவே தடைத்திறன் என்பது ஒரு அலகு குறுக்கு வெட்டுப் பரப்பு கொண்ட மற்றும் ஒரு அலகு தூரத்தால் பிரிக்கப்பட்ட இரண்டு மின்முனைகளுக்கு இடையில் அடைக்கப்பட்ட ஒரு மின்பகுளியின் தடையாக வரையறுக்கப்படுகிறது. \( \left(\frac{l}{A}\right) \) என்ற விகிதம் கல மாறிலி எனப்படுகிறது. தடைத்திறனின் அலகு ஓம் மீட்டர் \( (\Omega\ \mathrm{m}) \) ஆகும்.

கடத்துத்திறன்

தடையை விட கடத்துத்திறனைப் பயன்படுத்துவது மிகவும் வசதியானது. தடையின் எதிரெண் \( \left(\frac{1}{R}\right) \) ஒரு மின்பகுளிக் கரைசலின் கடத்துத்திறனைக் கொடுக்கிறது. கடத்துத்திறனின் SI அலகு சீமென்ஸ் (S) ஆகும்.

\[ C = \frac{1}{R} \qquad \text{(9.3)} \]

(9.2) இலிருந்து (R) ஐ (9.3) இல் பிரதியிடுக

\[ \Rightarrow \text{அதாவது, } C = \frac{1}{\rho} \frac{A}{l} \qquad \text{(9.4)} \]படம் 9.2 ஒரு மின்பகுளிக் கரைசலின் கனசதுரத்தின் கடத்துத்திறன்

தனித்தடைத்திறனின் எதிரெண் \( \left(\frac{1}{\rho}\right) \) தனிக்கடத்துத்திறன் (அல்லது கடத்துத்திறன்) எனப்படுகிறது. இது கப்பா \( (\kappa) \) என்ற குறியீட்டால் குறிப்பிடப்படுகிறது.

சமன்பாடு (9.4) இல் \( \frac{1}{\rho} = \kappa \) ஐப் பிரதியிட்டு மறுசீரமைத்தல்

\[ \Rightarrow \kappa = C \cdot \left(\frac{l}{A}\right) \]\[ \kappa \text{ இன் அலகு} \]\[ \kappa = \frac{1}{R} \cdot \frac{l}{A} \left(\frac{1}{\text{ஓம்}} \cdot \frac{\mathrm{m}}{\mathrm{m}^2}\right) = \mathrm{ohm}^{-1}\ \mathrm{m}^{-1} = \mathrm{mho}\ \mathrm{m}^{-1} \text{ (அல்லது) } \mathrm{S\ m}^{-1} \qquad \text{(9.5)} \]

\( A = 1\ \mathrm{m}^2 \) மற்றும் \( l = 1\ \mathrm{m} \) எனில்; \( \kappa = C \).

தனிக்கடத்துத்திறன் என்பது ஒரு அலகு பரிமாணங்களைக் கொண்ட மின்பகுளிக் கரைசலின் கனசதுரத்தின் கடத்துத்திறன் என வரையறுக்கப்படுகிறது (படம் 9.2). தனிக்கடத்துத்திறனின் SI அலகு \( \mathrm{S\ m}^{-1} \) ஆகும்.

எடுத்துக்காட்டு

ஒரு கடத்துத்திறன் கலமானது \( 1.5\ \mathrm{cm} \) தூரத்தால் பிரிக்கப்பட்ட இரண்டு பிளாட்டினம் மின்முனைகளைக் கொண்டுள்ளது, மேலும் ஒவ்வொரு மின்முனையின் குறுக்கு வெட்டுப் பரப்பு \( 4.5\ \mathrm{sq\ cm} \) ஆகும். இந்தக் கலத்தைப் பயன்படுத்தி, \( 0.5\ \mathrm{N} \) மின்பகுளிக் கரைசலின் தடை \( 15\ \Omega \) என அளவிடப்பட்டது. கரைசலின் தனிக்கடத்துத்திறனைக் கண்டுபிடிக்கவும்.

தீர்வு:

\[ l = 1.5\ \mathrm{cm} = 1.5 \times 10^{-2}\ \mathrm{m} \]\[ A = 4.5\ \mathrm{cm}^2 = 4.5 \times 10^{-4}\ \mathrm{m}^2 \]\[ \kappa = \frac{1}{R} \cdot \frac{l}{A} = \frac{1}{15} \times \frac{1.5 \times 10^{-2}}{4.5 \times 10^{-4}} = 2.22\ \mathrm{S\ m}^{-1} \]

9.1.1 மோலார் கடத்துத்திறன் \( (\Lambda_{\mathrm{m}}) \)

வெவ்வேறு செறிவுகளின் கரைசல்கள் ஒரு குறிப்பிட்ட கன அளவு கரைசலில் வெவ்வேறு எண்ணிக்கையிலான மின்பகுளி அயனிகளைக் கொண்டுள்ளன, எனவே அவை வெவ்வேறு தனிக்கடத்துத்திறன்களைக் கொண்டுள்ளன. எனவே மோலார் கடத்துத்திறன் \( (\Lambda_{\mathrm{m}}) \) என called ஒரு புதிய அளவு அறிமுகப்படுத்தப்பட்டது.

மின்முனைகள் \( 1\ \mathrm{m} \) தூரத்தால் பிரிக்கப்பட்டு, 1 மோல் மின்பகுளியைக் கொண்ட \( V\ \mathrm{m}^3 \) மின்பகுளிக் கரைசலைக் கொண்ட ஒரு கடத்துத்திறன் கலத்தை கற்பனை செய்வோம். அத்தகைய அமைப்பின் கடத்துத்திறன் மோலார் கடத்துத்திறன் \( (\Lambda_{\mathrm{m}}) \) எனப்படும்.

\( 1\ \mathrm{m}^3 \) மின்பகுளிக் கரைசலின் கடத்துத்திறன் தனிக்கடத்துத்திறன் \( (\kappa) \) எனப்படும் என்பதை இப்போதுதான் கற்றுக்கொண்டோம். எனவே, மேற்கூறிய \( V\ \mathrm{m}^3 \) கரைசலின் கடத்துத்திறன் \( (\Lambda_{\mathrm{m}}) \) பின்வரும் கோவையால் கொடுக்கப்படுகிறது.

\[ (\Lambda_{\mathrm{m}}) = \kappa \times V \qquad \text{(9.6)} \]

மோலாரிட்டி \( (M) = \frac{\text{கரைபொருளின் மோல்களின் எண்ணிக்கை } (n)}{\text{கரைசலின் கன அளவு } (V \text{ in } \mathrm{dm}^3)} \) என்பதை நாம் அறிவோம்.

எனவே, ஒரு மோல் கரைபொருளைக் கொண்ட கரைசலின் கன அளவு \( = \frac{1}{M} (\mathrm{mol}^{-1}\ \mathrm{L}) \)

\[ \therefore \mathrm{m}^3 \text{ க்கு கன அளவு } (V) = \frac{10^{-3}}{M} (\mathrm{mol}^{-1}\ \mathrm{m}^3) \]

(9.7) ஐ (9.6) இல் பிரதியிடுக

\[ (9.6) \Rightarrow \Lambda_{\mathrm{m}} = \frac{\kappa (\mathrm{S\ m}^{-1}) \times 10^{-3}}{M} \mathrm{mol}^{-1}\ \mathrm{m}^3 \qquad \text{(9.8)} \]

மேற்கண்ட உறவானது தனிக்கடத்துத்திறன் மற்றும் மின்பகுளியின் செறிவு ஆகியவற்றின் அடிப்படையில் மோலார் கடத்துத்திறனை வரையறுக்கிறது.

எடுத்துக்காட்டு

\( 25^{\circ}\mathrm{C} \) இல் \( 0.025\ \mathrm{M} \) கால்சியம் குளோரைட்டின் நீர்க் கரைசலின் மோலார் கடத்துத்திறனைக் கணக்கிடுக. கால்சியம் குளோரைட்டின் தனிக்கடத்துத்திறன் \( 12.04 \times 10^{-2}\ \mathrm{S\ m}^{-1} \).

\[ \text{மோலார் கடத்துத்திறன்} = \Lambda_{\mathrm{m}} = \frac{\kappa (\mathrm{S\ m}^{-1}) \times 10^{-3}}{M} \mathrm{mol}^{-1}\ \mathrm{m}^3 \]\[ = \frac{(12.04 \times 10^{-2}\ \mathrm{S\ m}^{-1}) \times 10^{-3} (\mathrm{mol}^{-1}\ \mathrm{m}^3)}{0.025} \]\[ = 481.6 \times 10^{-5}\ \mathrm{S\ m}^2 \mathrm{mol}^{-1} \]

9.1.2 சமான கடத்துத்திறன் \( (\Lambda) \)

சமான கடத்துத்திறன் என்பது மின்முனைகள் ஒரு மீட்டர் இடைவெளியில் இருக்கும் ஒரு கடத்துத்திறன் கலத்தில், ஒரு கிராம் சமான மின்பகுளியைக் கொண்ட \( V'\ \mathrm{m}^3 \) மின்பகுளிக் கரைசலின் கடத்துத்திறன் என வரையறுக்கப்படுகிறது. சமான கடத்துத்திறனுக்கும் தனிக்கடத்துத்திறனுக்கும் இடையிலான உறவு கீழே கொடுக்கப்பட்டுள்ளது.

\[ \Lambda = \frac{\kappa (\mathrm{S\ m}^{-1}) \times 10^{-3} (\text{கிராம் சமான})^{-1}\ \mathrm{m}^3}{N} \qquad \text{(9.9)} \]

இங்கு \( \kappa \) என்பது தனிக்கடத்துத்திறன் மற்றும் \( N \) என்பது இயல்நிலையில் வெளிப்படுத்தப்பட்ட மின்பகுளிக் கரைசலின் செறிவு ஆகும்.

உங்களை மதிப்பீடு செய்துகொள்ளுங்கள்: 2

ஒரு மின்பகுளியின் \( 0.15\ \mathrm{N} \) கரைசலின் தடை \( 50\ \Omega \) ஆகும். கரைசலின் தனிக்கடத்துத்திறன் \( 2.4\ \mathrm{S\ m}^{-1} \). அதே கடத்துத்திறன் கலத்தைப் பயன்படுத்தி அளவிடப்பட்ட அதே மின்பகுளியின் \( 0.5\ \mathrm{N} \) கரைசலின் தடை \( 480\ \Omega \) ஆகும். மின்பகுளியின் \( 0.5\ \mathrm{N} \) கரைசலின் சமான கடத்துத்திறனைக் கண்டுபிடிக்கவும்.

கொடுக்கப்பட்டுள்ளது

\[ R_1 = 50\ \Omega, \quad R_2 = 480\ \Omega \]\[ \kappa_1 = 2.4\ \mathrm{S\ m}^{-1}, \quad \kappa_2 = ? \]\[ N_1 = 0.15\ \mathrm{N}, \quad N_2 = 0.5\ \mathrm{N} \]

நமக்குத் தெரியும்

\[ \Lambda = \frac{\kappa_2 (\mathrm{S\ m}^{-1}) \times 10^{-3} (\text{கிராம் சமான})^{-1}\ \mathrm{m}^3}{N} \]

கல மாறிலி \( = \kappa_1 \times R_1 = 2.4 \times 50 = 120\ \mathrm{m}^{-1} \)

\[ \kappa_2 = \frac{\text{கல மாறிலி}}{R_2} = \frac{120}{480} = 0.25\ \mathrm{S\ m}^{-1} \]\[ \Lambda = \frac{0.25 \times 10^{-3}}{0.5} = 5 \times 10^{-4}\ \mathrm{S\ m}^2 \text{ கிராம் சமான}^{-1} \]

9.1.3 மின்பகுளிக் கடத்துத்திறனைப் பாதிக்கும் காரணிகள்

கரைபொருள்களின் எதிரெதிர் மின்னூட்டம் கொண்ட அயனிகளுக்கிடையேயான அயனிக் கவர்ச்சி அதிகரித்தால், கடத்துத்திறன் குறையும்.

9.1.4 அயனிக் கரைசல்களின் கடத்துத்திறனை அளவிடுதல்

உங்கள் இயற்பியல் நடைமுறைச் சோதனையில் ஒரு மீட்டர் பாலத்தைப் பயன்படுத்தி ஒரு உலோகக் கம்பியின் தனித்தடையை அளக்கக் கற்றுள்ளோம். இது வீட்ஸ்டோன் பாலத்தின் கொள்கையில் செயல்படுகிறது என்பதை நாம் அறிவோம். இதேபோல், ஒரு மின்பகுளிக் கரைசலின் கடத்துத்திறன் ஒரு வீட்ஸ்டோன் பால அமைப்பைப் பயன்படுத்தி தீர்மானிக்கப்படுகிறது, இதில் ஒரு தடையானது அறியப்படாத கடத்துத்திறன் கொண்ட மின்பகுளிக் கரைசலால் நிரப்பப்பட்ட கடத்துத்திறன் கலத்தால் மாற்றப்படுகிறது.

ஒரு உலோகக் கம்பியின் தனித்தடையை அளவிடுவதில், ஒரு DC மின் விநியோகம் பயன்படுத்தப்படுகிறது. இங்கு, கடத்துத்திறன் கலத்தின் வழியாக DC மின்னோட்டத்தைப் பயன்படுத்தினால், அது கலத்தில் எடுக்கப்பட்ட கரைசலின் மின்பகுப்பிற்கு வழிவகுக்கும். எனவே, மின்பகுப்பைத் தடுக்க இந்த அளவீட்டிற்கு AC மின்னோட்டம் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

படம் 9.3 இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, அறியப்பட்ட தடைகள் P, Q, ஒரு மாறி தடை S மற்றும் கடத்துத்திறன் கலம் (அதில் எடுக்கப்பட்ட மின்பகுளிக் கரைசலின் தடை R ஆக இருக்கட்டும்) ஆகியவற்றைப் பயன்படுத்தி ஒரு வீட்ஸ்டோன் பால் உருவாக்கப்படுகிறது. ஒரு AC மூலம் (550 Hz முதல் 5 KHz வரை) A மற்றும் C சந்திப்புகளுக்கு இடையில் இணைக்கப்பட்டுள்ளது. ‘B’ மற்றும் ‘D’ சந்திப்புகளுக்கு இடையில் பொருத்தமான கண்டறிவி E (தொலைபேசி காதுக் கருவி போன்றவை) இணைக்கவும்.

பாலம் சமநிலையடையும் வரை மாறி தடை ‘S’ சரிசெய்யப்படுகிறது, மேலும் இந்த நிலையில் கண்டறிவி வழியாக மின்னோட்டம் பாய்வதில்லை.

சமநிலையான நிலையில்,

\[ \frac{P}{Q} = \frac{R}{S} \]\[ \therefore R = \frac{P}{Q} \times S \]படம் 9.3 ஒரு வீட்ஸ்டோன் பால் சுற்றில் கடத்துத்திறன் கலத்தின் திட்ட வரைபடம்

மின்பகுளிக் கரைசலின் தடை (R) அறியப்பட்ட தடை மதிப்புகள் P, Q மற்றும் சமநிலையான நிலையில் அளவிடப்பட்ட ‘S’ மதிப்பிலிருந்து மேற்கண்ட கோவையைப் (9.10) பயன்படுத்தி கணக்கிடப்படுகிறது.

கடத்துத்திறன் கணக்கீடு

ஒரு மின்பகுளியின் தனிக்கடத்துத்திறன் (அல்லது) கடத்துத்திறன் பின்வரும் கோவையைப் பயன்படுத்தி தடை மதிப்பிலிருந்து கணக்கிடப்படலாம்.

\[ \kappa = \frac{1}{R} \left(\frac{l}{A}\right) \quad \text{[சமன்பாடு 9.5]} \]

கல மாறிலி \( \frac{l}{A} \) இன் மதிப்பு பொதுவாக கல உற்பத்தியாளரால் வழங்கப்படுகிறது. மாற்றாக, கல மாறிலி, செறிவு மற்றும் தனிக்கடத்துத்திறன் அறியப்பட்ட KCl கரைசலைப் பயன்படுத்தி தீர்மானிக்கப்படலாம்.

எடுத்துக்காட்டு

\( 0.1\ \mathrm{M} \) KCl கரைசலைப் பயன்படுத்தி ஒரு கடத்துத்திறன் கலத்தின் தடை \( 190\ \Omega \) என அளவிடப்படுகிறது ( \( 0.1\ \mathrm{M} \) KCl இன் தனிக்கடத்துத்திறன் \( 1.3\ \mathrm{S\ m}^{-1} \) ). அதே கலம் \( 0.003\ \mathrm{M} \) சோடியம் குளோரைடு கரைசலால் நிரப்பப்படும்போது, அளவிடப்பட்ட தடை \( 6.3\ \mathrm{k}\Omega \) ஆகும். இந்த இரண்டு அளவீடுகளும் ஒரு குறிப்பிட்ட வெப்பநிலையில் செய்யப்படுகின்றன. NaCl கரைசலின் தனி மற்றும் மோலார் கடத்துத்திறனைக் கணக்கிடுக.

கொடுக்கப்பட்டுள்ளது

\[ \kappa = 1.3\ \mathrm{S\ m}^{-1} \text{ ( } 0.1\ \mathrm{M\ KCl\ கரைசலுக்கு)} \]\[ R = 190\ \Omega \]\[ \left(\frac{l}{A}\right) = \kappa \cdot R = (1.3\ \mathrm{S\ m}^{-1})(190\ \Omega) = 247\ \mathrm{m}^{-1} \]\[ \kappa_{\mathrm{(NaCl)}} = \frac{1}{R_{\mathrm{(NaCl)}}} \left(\frac{l}{A}\right) = \frac{1}{6.3\ \mathrm{k}\Omega} (247\ \mathrm{m}^{-1}) = 39.2 \times 10^{-3}\ \mathrm{S\ m}^{-1} \]\[ \Lambda_{\mathrm{m}} = \frac{\kappa \times 10^{-3}\ \mathrm{mol}^{-1}\ \mathrm{m}^3}{M} = \frac{39.2 \times 10^{-3}\ (\mathrm{S\ m}^{-1}) \times 10^{-3}\ (\mathrm{mol}^{-1}\ \mathrm{m}^3)}{0.003} \]\[ \Lambda_{\mathrm{m}} = 13.04 \times 10^{-3}\ \mathrm{S\ m}^2 \mathrm{mol}^{-1} \]

9.2 செறிவுடன் மோலார் கடத்துத்திறனின் மாறுபாடு

Friedrich Kohlrausch வெவ்வேறு செறிவுகளில் வெவ்வேறு மின்பகுளிகளின் மோலார் கடத்துத்திறனை ஆய்வு செய்தார். நீர்த்தல் அதிகரிப்புடன் ஒரு மின்பகுளிக் கரைசலின் மோலார் கடத்துத்திறன் அதிகரிப்பதை அவர் கவனித்தார். நல்ல புரிதலுக்காக அத்தகைய ஒரு சோதனை முடிவு பின்வரும் அட்டவணையில் கொடுக்கப்பட்டுள்ளது.

செறிவு (M)	மோலார் கடத்துத்திறன் (\( \times 10^{-3}\ \mathrm{S\ m}^2 \mathrm{mol}^{-1} \))
	NaCl
0.1	10.674
0.01	11.851
0.0001	12.374

மேற்கண்ட போன்ற முடிவுகளின் அடிப்படையில், Kohlrausch மோலார் கடத்துத்திறன் \( (\Lambda_{\mathrm{m}}) \) க்கும் மின்பகுளியின் செறிவுக்கும் (C) இடையே பின்வரும் அனுபவத் தொடர்பைக் கழித்தார்.

\[ \Lambda_{\mathrm{m}} = \Lambda_{\mathrm{m}}^{*} - k\sqrt{C} \qquad \text{(9.11)} \]

மேற்கண்ட சமன்பாடு \( y = mx + c \) வடிவத்தின் ஒரு நேர்கோட்டைக் குறிக்கிறது. எனவே, \( \Lambda_{\mathrm{m}} \) Vs \( \sqrt{C} \) இன் வரைபடம் -k என்ற எதிர்மறை சாய்வுடன் கூடிய நேர்கோட்டையும், y-இடைமறிப்பு \( \Lambda_{\mathrm{m}}^{*} \) ஐயும் கொடுக்கிறது. இங்கு \( \Lambda_{\mathrm{m}}^{*} \) என்பது எல்லைக்குட்பட்ட மோலார் கடத்துத்திறன் எனப்படும். அதாவது, மிகவும் நீர்த்த கரைசல்களில் மோலார் கடத்துத்திறன் ஒரு எல்லை மதிப்பை அணுகுகிறது.

KCl, NaCl போன்ற வலிமையான மின்பகுளிகளுக்கு, \( \Lambda_{\mathrm{m}} \) Vs \( \sqrt{C} \) வரைபடம், வரைபடத்தில் (9.4) காட்டப்பட்டுள்ளபடி ஒரு நேர்கோட்டைக் கொடுக்கிறது. வலுவிலா மின்பகுளிகளுக்கு வரைபடம் நேரியல் அல்ல என்பதும் கவனிக்கப்படுகிறது.

ஒரு வலிமையான மின்பகுளிக்கு, அதிக செறிவில், ஒரு குறிப்பிட்ட கன அளவில் மின்பகுளியின் தொகுதி அயனிகளின் எண்ணிக்கை அதிகமாக உள்ளது, எனவே எதிரெதிர் மின்னூட்டம் கொண்ட அயனிகளுக்கிடையேயான கவர்ச்சி விசையும் அதிகமாக உள்ளது. மேலும், அதிக கரைப்பானேற்றம் காரணமாக அயனிகள் ஒரு பிசுபிசுப்பு இழுவையையும் அனுபவிக்கின்றன. இந்த காரணிகள் அதிக செறிவில் குறைந்த மோலார் கடத்துத்திறனுக்குப் பங்களிக்கின்றன. நீர்த்தல் அதிகரிக்கும் போது, அயனிகள் வெகு தொலைவில் உள்ளன, மேலும் கவர்ச்சி விசைகள் குறைகின்றன.

படம் 9.4 செறிவுடன் மோலார் கடத்துத்திறனின் மாறுபாடு

முடிவிலா நீர்த்தலில் அயனிகள் மிகவும் தொலைவில் உள்ளன, அவற்றுக்கிடையேயான இடையீடு முக்கியமற்றதாகிவிடும், எனவே மோலார் கடத்துத்திறன் அதிகரித்து முடிவிலா நீர்த்தலில் அதிகபட்ச மதிப்பை அடைகிறது.

ஒரு வலுவிலா மின்பகுளிக்கு, அதிக செறிவில், வரைபடம் கிட்டத்தட்ட செறிவு அச்சுக்கு இணையாக உள்ளது, நீர்த்தல் அதிகரிக்கும் போது கடத்துத்திறனில் சிறிது அதிகரிப்பு உள்ளது. செறிவு பூஜ்ஜியத்தை நெருங்கும் போது, மோலார் கடத்துத்திறனில் திடீர் அதிகரிப்பு ஏற்படுகிறது மற்றும் வளைவு கிட்டத்தட்ட \( \Lambda_{\mathrm{m}} \) அச்சுக்கு இணையாக உள்ளது. வலுவிலா மின்பகுளியின் பிரிதல் நீர்த்தல் அதிகரிப்புடன் அதிகரிப்பதே இதற்குக் காரணம் (Ostwald நீர்த்தல் விதி). வலிமையான மின்பகுளிகளுக்கான \( \Lambda_{\mathrm{m}}^{0} \) மதிப்புகளை படத்தில் (9.4) காட்டப்பட்டுள்ளபடி நேர்கோட்டை நீட்டித்துப் பெறலாம். ஆனால் வலுவிலா மின்பகுளிகளுக்கு அதே செயல்முறை பொருந்தாது, ஏனெனில் வரைபடம் நேரியல் அல்ல, வலுவிலா மின்பகுளிகளின் \( \Lambda_{\mathrm{m}}^{0} \) மதிப்புகளை Kohlrausch விதியைப் பயன்படுத்தி தீர்மானிக்கலாம்.

9.2.1 டெபை - ஹக்கல் மற்றும் ஆன்ஸேகர் சமன்பாடு

முடிவிலா நீர்த்தலில், மின்பகுளிக் கரைசலில் உள்ள அயனிகளுக்கிடையேயான இடையீடு மிகக் குறைவு என்பதைக் கற்றுக்கொண்டோம். இந்த நிலையைத் தவிர, அயனிகளுக்கிடையேயான மின் நிலை இடையீடு கரைசலின் பண்புகளை கட்டிலா அயனி மதிப்புகளிலிருந்து எதிர்பார்ப்பதை மாற்றுகிறது. வலிமையான மின்பகுளிகளின் கடத்துத்திறனில் அயனி-அயனி இடையீடுகளின் செல்வாக்கை டெபை மற்றும் ஹக்கல் ஆய்வு செய்தனர். ஒவ்வொரு அயனியும் எதிரெதிர் குறியின் அயனி வளிமண்டலத்தால் சூழப்பட்டுள்ளது என்று அவர்கள் கருதினர், மேலும் முழுமையான பிரிதலைக் கருதி வலிமையான மின்பகுளிகளின் மோலார் கடத்துத்திறனை செறிவுடன் தொடர்புபடுத்தும் ஒரு கோவையைப் பெற்றனர். பின்னர், இந்த சமன்பாடு ஆன்ஸேகரால் மேலும் வளர்ச்சி செய்யப்பட்டது. ஒரு யூனி-யூனி மின்பகுளிக்கான டெபை ஹக்கல் மற்றும் ஆன்ஸேகர் சமன்பாடு கீழே கொடுக்கப்பட்டுள்ளது.

\[ \Lambda_{\mathrm{m}} = \Lambda_{\mathrm{m}}^{0} - \left(A + B\Lambda_{\mathrm{m}}^{0}\right)\sqrt{C} \qquad \text{(9.12)} \]

இங்கு A மற்றும் B என்பது கரைப்பானின் தன்மை மற்றும் வெப்பநிலையை மட்டுமே சார்ந்த மாறிலிகள் ஆகும். A மற்றும் B க்கான கோவைகள்

\[ A = \frac{82.4}{\sqrt{DT}\eta}; \quad B = \frac{8.20 \times 10^{5}}{\sqrt{DT}} \]

இங்கு, D என்பது ஊடகத்தின் மின்கடத்தா மாறிலி, \( \eta \) என்பது ஊடகத்தின் பாகுமை மற்றும் T என்பது கெல்வினில் வெப்பநிலை.

9.2.2 Kohlrausch விதி

எல்லைக்குட்பட்ட மோலார் கடத்துத்திறன் \( \Lambda_{\mathrm{m}}^{0} \) Kohlrausch விதிக்கு அடிப்படையாகும். முடிவிலா நீர்த்தலில், ஒரு மின்பகுளியின் எல்லைக்குட்பட்ட மோலார் கடத்துத்திறன் அதன் தொகுதி அயனிகளின் எல்லைக்குட்பட்ட மோலார் கடத்துத்திறன்களின் கூட்டுக்குச் சமமாகும். அதாவது, மோலார் கடத்துத்திறன் நேர்மின் அயனிகள் ஒரு திசையிலும், எதிர்மின் அயனிகள் எதிர் திசையிலும் சுயாதீனமாக இடம்பெயர்வதன் காரணமாகும்.

NaCl போன்ற ஒரு யூனி-யூனி மின்பகுளிக்கு, Kohlrausch விதி பின்வருமாறு வெளிப்படுத்தப்படுகிறது

\[ (\Lambda_{\mathrm{m}}^{0})_{\mathrm{NaCl}} = (\lambda_{\mathrm{m}}^{0})_{\mathrm{Na}^{+}} + (\lambda_{\mathrm{m}}^{0})_{\mathrm{Cl}^{-}} \]

பொதுவாக, Kohlrausch விதியின் படி, \( \mathrm{A}_x \mathrm{B}_y \) என்ற சூத்திரத்தால் குறிப்பிடப்படும் ஒரு மின்பகுளிக்கான முடிவிலா நீர்த்தலில் மோலார் கடத்துத்திறன் கீழே கொடுக்கப்பட்டுள்ளது.

\[ (\Lambda_{\mathrm{m}}^{0})_{\mathrm{A_x B_y}} = x(\lambda_{\mathrm{m}}^{0})_{\mathrm{A}^{y+}} + y(\lambda_{\mathrm{m}}^{0})_{\mathrm{B}^{x-}} \qquad \text{(9.13)} \]

Kohlrausch, அட்டவணையில் காட்டப்பட்டுள்ளபடி சோதனை அவதானிப்புகளின் அடிப்படையில் மேற்கூறிய உறவை அறிந்தார். இந்த முடிவுகள், முடிவிலா நீர்த்தலில் மின்பகுளியின் ஒவ்வொரு தொகுதி அயனியும், அது தொடர்புடைய மற்ற அயனியின் தன்மையைப் பொருட்படுத்தாமல், மின்பகுளியின் மோலார் கடத்துத்திறனுக்கு ஒரு திட்டமான பங்களிப்பைச் செய்கிறது என்பதைக் காட்டுகிறது.

1. ஒரு வலுவிலா மின்பகுளியின் முடிவிலா நீர்த்தலில் மோலார் கடத்துத்திறனைக் கணக்கிடுதல்

வலுவிலா மின்பகுளிகளுக்கு முடிவிலா நீர்த்தலில் மோலார் கடத்துத்திறனை சோதனை முறையில் தீர்மானிப்பது சாத்தியமற்றது. இருப்பினும், Kohlrausch விதியைப் பயன்படுத்தி அதைக் கணக்கிடலாம்.

எடுத்துக்காட்டாக, \( \mathrm{CH}_3\mathrm{COOH} \) இன் மோலார் கடத்துத்திறன், HCl, NaCl மற்றும் \( \mathrm{CH}_3\mathrm{COONa} \) ஆகிய வலிமையான மின்பகுளிகளின் சோதனை முறையில் தீர்மானிக்கப்பட்ட மோலார் கடத்துத்திறன்களைப் பயன்படுத்தி கணக்கிடப்படலாம்.

\[ \Lambda_{\mathrm{CH_3COONa}}^{\circ} = \lambda_{\mathrm{Na}^{+}}^{\circ} + \lambda_{\mathrm{CH_3COO}^{-}}^{\circ} \]\[ \Lambda_{\mathrm{HCl}}^{\circ} = \lambda_{\mathrm{H}^{+}}^{\circ} + \lambda_{\mathrm{Cl}^{-}}^{\circ} \]\[ \Lambda_{\mathrm{NaCl}}^{\circ} = \lambda_{\mathrm{Na}^{+}}^{\circ} + \lambda_{\mathrm{Cl}^{-}}^{\circ} \]

சமன்பாடு (1) + சமன்பாடு (2) - சமன்பாடு (3) கொடுப்பது,

\[ (\Lambda_{\mathrm{CH_3COONa}}^{\circ}) + (\Lambda_{\mathrm{HCl}}^{\circ}) - (\Lambda_{\mathrm{NaCl}}^{\circ}) = \lambda_{\mathrm{H}^{+}}^{\circ} + \lambda_{\mathrm{CH_3COO}^{-}}^{\circ} = \Lambda_{\mathrm{CH_3COOH}}^{\circ} \]

2. வலுவிலா மின்பகுளிகளின் பிரிதல் அளவைக் கணக்கிடுதல்

வலுவிலா மின்பகுளியின் பிரிதல் அளவு, கொடுக்கப்பட்ட செறிவில் மோலார் கடத்துத்திறன் மற்றும் முடிவிலா நீர்த்தலில் மோலார் கடத்துத்திறன் ஆகியவற்றிலிருந்து பின்வரும் கோவையைப் பயன்படுத்தி கணக்கிடப்படலாம்

\[ \alpha = \frac{\Lambda_{\mathrm{m}}}{\Lambda_{\mathrm{m}}^{\circ}} \qquad \text{(9.14)} \]

\( \Lambda_{\mathrm{m}} \) மதிப்புகளைப் பயன்படுத்தி பிரிதல் மாறிலியைக் கணக்கிடுதல்

Ostwald நீர்த்தல் விதியின் படி,

\[ K_a = \frac{\alpha^2 C}{(1 - \alpha)} \qquad \text{(9.15)} \]

மேற்கண்ட கோவையில் (9.15) \( \alpha \) மதிப்பைப் பிரதியிடுக

\[ K_a = \frac{\Lambda_{\mathrm{m}}^2 C}{\Lambda_{\mathrm{m}}^{\circ} (\Lambda_{\mathrm{m}}^{\circ} - \Lambda_{\mathrm{m}})} \]

3. கரையாத உப்புகளின் கரைதிறனைக் கணக்கிடுதல்

AgCl, PbSO\(_4\) போன்ற பொருட்கள் தண்ணீரில் மிகக் குறைவாகவே கரையும். இத்தகைய பொருட்களின் கரைதிறன் பெருக்கம் கடத்துத்திறன் அளவீடுகளைப் பயன்படுத்தி தீர்மானிக்கப்படலாம்.

AgCl ஐ ஒரு எடுத்துக்காட்டாகக் கருத்தில் கொள்வோம்

\[ \mathrm{AgCl(s)} \rightleftharpoons \mathrm{Ag}^{+} + \mathrm{Cl}^{-} \]\[ K_{\mathrm{sp}} = [\mathrm{Ag}^{+}][\mathrm{Cl}^{-}] \]

\( [\mathrm{Ag}^{+}] \) இன் செறிவு \( C\ \mathrm{mol\ L}^{-1} \) ஆக இருக்கட்டும்.

ஸ்டோக்கியோமெட்ரியின் படி, \( [\mathrm{Ag}^{+}] = C \) எனில், \( [\mathrm{Cl}^{-}] \) க்கும் \( C\ \mathrm{mol\ L}^{-1} \) க்கு சமம்.

\[ K_{\mathrm{sp}} = C \cdot C \Rightarrow K_{\mathrm{sp}} = C^2 \]

செறிவு (mol \( \mathrm{dm}^{-3} \)) பின்வரும் கோவைகளால் மோலார் மற்றும் தனிக்கடத்துத்திறனுடன் தொடர்புடையது என்பதை நாம் அறிவோம்

\[ \Lambda^0 = \frac{\kappa \times 10^{-3}}{C\ (\text{in } \mathrm{mol\ L}^{-1})} \]\[ \text{(அல்லது)} \]\[ C = \frac{\kappa \times 10^{-3}}{\Lambda^0} \]

செறிவு மதிப்பை \( K_{\mathrm{sp}} = C^2 \) என்ற உறவில் பிரதியிடுக

\[ K_{\mathrm{sp}} = \left(\frac{\kappa \times 10^{-3}}{\Lambda^{\circ}}\right)^2 \qquad \text{(9.17)} \]

9.3 மின்வேதியியல் கலம்

மின்வேதியியல் கலம் என்பது வேதி ஆற்றலை மின் ஆற்றலாகவும், மின் ஆற்றலை வேதி ஆற்றலாகவும் மாற்றும் ஒரு சாதனமாகும். இது ஒரு மின்பகுளிக் கரைசலுடன் தொடர்பில் இருக்கும் இரண்டு தனித்தனி மின்முனைகளைக் கொண்டுள்ளது. மின்வேதியியல் கலங்கள் முக்கியமாக பின்வரும் இரண்டு வகைகளாக வகைப்படுத்தப்படுகின்றன.

கால்வனிக் கலம் (வோல்டாயிக் கலம்) : இது ஒரு தன்னிச்சையான வேதி வினை மின்னோட்டத்தை உருவாக்கும் ஒரு சாதனமாகும், அதாவது, இது வேதி ஆற்றலை மின் ஆற்றலாக மாற்றுகிறது. இது பொதுவாக மின்கலம் என்று அழைக்கப்படுகிறது.
மின்பகுப்புக் கலம் : இது ஒரு வெளிப்புற மூலத்திலிருந்து வரும் மின்னோட்டம் ஒரு தன்னிச்சையற்ற வினையை இயக்கும் ஒரு சாதனமாகும், அதாவது, இது மின் ஆற்றலை வேதி ஆற்றலாக மாற்றுகிறது.

9.3.1 கால்வனிக் கலம்

ஒரு துத்தநாக உலோகத் துண்டு ஒரு செப்பு சல்பேட் கரைசலில் வைக்கப்படும் போது, கரைசலின் நீல நிறம் மறைந்து, பின்வரும் தன்னிச்சையான வேதி வினையின் காரணமாக சிவப்பு-பழுப்பு நிற மேலோட்டமாக துத்தநாகத் துண்டில் தாமிரம் படிகிறது என்பதை XI வகுப்பில் ஏற்கனவே கற்றுள்ளோம்.

\[ \mathrm{Zn(s) + CuSO_4(aq) \rightarrow ZnSO_4(aq) + Cu(s)} \]

மேற்கண்ட வினையில் உற்பத்தியாகும் ஆற்றல் வெப்பமாகச் சுற்றுப்புறத்திற்கு இழக்கப்படுகிறது.

மேற்கண்ட ரெடாக்ஸ் வினையில், துத்தநாகம் \( \mathrm{Zn}^{2+} \) அயனிகளாக ஆக்சிஜனேற்றம் செய்யப்படுகிறது மற்றும் \( \mathrm{Cu}^{2+} \) அயனிகள் உலோக செம்பாக ஒடுக்கப்படுகின்றன. அரை வினைகள் கீழே குறிப்பிடப்பட்டுள்ளன.

\[ \mathrm{Zn(s)} \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+}(aq) + 2e^{-} \quad \text{(ஆக்சிஜனேற்றம்)} \]\[ \mathrm{Cu}^{2+}(aq) + 2e^{-} \rightarrow \mathrm{Cu}(s) \quad \text{(ஒடுக்கம்)} \]

படம் 9.5 இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி ஒரு சாதனத்தில் மேற்கண்ட இரண்டு அரை வினைகளையும் தனித்தனியாகச் செய்தால், வினையில் உற்பத்தியாகும் ஆற்றலில் சில மின் ஆற்றலாக மாற்றப்படும். டேனியல் கலத்தை ஒரு எடுத்துக்காட்டாகக் கருத்தில் கொண்டு ஒரு கால்வனிக் கலத்தின் செயல்பாட்டைப் புரிந்துகொள்வோம். இது மின் ஆற்றலை உருவாக்க மேற்கண்ட வினையைப் பயன்படுத்துகிறது.

அரை வினையின் பிரிப்பு டேனியல் கலத்தின் கட்டமைப்பிற்கு அடிப்படையாகும். இது இரண்டு அரை கலங்களைக் கொண்டுள்ளது.

ஆக்சிஜனேற்ற அரை கலம்: படம் 9.5 இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, ஒரு பீக்கரில் எடுக்கப்பட்ட துத்தநாக சல்பேட்டின் நீர்க் கரைசலில் ஒரு உலோக துத்தநாகத் துண்டு மூழ்கியுள்ளது.

ஒடுக்க அரை கலம்: படம் 9.5 இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, ஒரு பீக்கரில் எடுக்கப்பட்ட செப்பு சல்பேட்டின் நீர்க் கரைசலில் ஒரு செப்புத் துண்டு மூழ்கியுள்ளது.

அரை கலங்களை இணைத்தல்: துத்தநாக மற்றும் செப்புத் துண்டுகள் ஒரு சுவிட்ச் (k) மற்றும் ஒரு சுமை (உதாரணம்: வோல்ட் மீட்டர்) மூலம் ஒரு கம்பியைப் பயன்படுத்தி வெளிப்புறமாக இணைக்கப்பட்டுள்ளன. எதிர்மின்முனை மற்றும் நேர்மின்முனை அறைகளில் உள்ள மின்பகுளிக் கரைசல், KCl, \( \mathrm{Na_2SO_4} \) போன்ற செயலற்ற மின்பகுளிகளுடன் கலந்த அகார்-அகார் ஜெல்லைக் கொண்ட ஒரு தலைகீழ் U குழாயைப் பயன்படுத்தி இணைக்கப்பட்டுள்ளது. செயலற்ற மின்பகுளியின் அயனிகள் அரை கலங்களில் உள்ள மற்ற அயனிகளுடன் வினைபுரிவதில்லை, மேலும் அவை மின்முனைகளில் ஆக்சிஜனேற்றம் (அல்லது) ஒடுக்கப்படுவதில்லை. உப்புப் பாலத்தில் உள்ள கரைசல் கொட்ட முடியாது, ஆனால் அதன் மூலம் அயனிகள் அரை கலங்களுக்குள் (அல்லது) வெளியே நகர முடியும்.

சுவிட்ச் (k) சுற்றை மூடும் போது, எலக்ட்ரான்கள் துத்தநாகத் துண்டிலிருந்து செப்புத் துண்டுக்குப் பாய்கின்றன. இது தொடர்புடைய மின்முனைகளில் நடைபெறும் பின்வரும் ரெடாக்ஸ் வினைகளின் காரணமாகும்.

படம் 9.5 : டேனியல் கலம்

நேர்மின்முனை ஆக்சிஜனேற்றம்: ஆக்சிஜனேற்றம் நிகழும் மின்முனை நேர்மின்முனை (anode) எனப்படும். டேனியல் கலத்தில், ஆக்சிஜனேற்றம் துத்தநாக மின்முனையில் நிகழ்கிறது, அதாவது, துத்தநாகம் அதன் எலக்ட்ரான்களை இழந்து \( \mathrm{Zn}^{2+} \) அயனிகளாக ஆக்சிஜனேற்றம் செய்யப்படுகிறது. \( \mathrm{Zn}^{2+} \) அயனிகள் கரைசலுக்குள் செல்கின்றன, மேலும் எலக்ட்ரான்கள் துத்தநாக உலோகத்தில் நுழைந்து, பின்னர் வெளிப்புறக் கம்பி வழியாகப் பாய்ந்து, பின்னர் செப்புத் துண்டுக்குள் நுழைகின்றன. எலக்ட்ரான்கள் துத்தநாக மின்முனையில் விடுவிக்கப்படுகின்றன, எனவே அது எதிர்மறை (-ve) ஆகும்.

\[ \mathrm{Zn(s)} \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+}(aq) + 2e^{-} \quad \text{(எலக்ட்ரான் இழப்பு - ஆக்சிஜனேற்றம்)} \]

எதிர்மின்முனை ஒடுக்கம்: முன்பு விவாதித்தபடி, எலக்ட்ரான்கள் துத்தநாகத்திலிருந்து செம்புக்கு சுற்று வழியாகப் பாய்கின்றன, அங்கு கரைசலில் உள்ள \( \mathrm{Cu}^{2+} \) அயனிகள் எலக்ட்ரான்களை ஏற்றுக்கொண்டு, செம்பாக ஒடுக்கப்பட்டு, அதே மின்முனையில் படிய வைக்கப்படுகின்றன. இங்கு, எலக்ட்ரான்கள் நுகரப்படுகின்றன, எனவே அது நேர்மறை (+ve) ஆகும்.

\[ \mathrm{Cu}^{2+}(aq) + 2e^{-} \rightarrow \mathrm{Cu}(s) \quad \text{(எலக்ட்ரான் ஈட்டம் - ஒடுக்கம்)} \]

உப்புப் பாலம்: இரண்டு அரை கலங்களில் உள்ள மின்பகுளிகள் ஒரு உப்புப் பாலத்தைப் பயன்படுத்தி இணைக்கப்பட்டுள்ளன. துத்தநாக மின்முனைகளின் நேர்மின்முனை ஆக்சிஜனேற்றம் கரைசலில் \( \mathrm{Zn}^{2+} \) இன் செறிவு அதிகரிப்பில் விளைகிறது என்பதைக் கற்றுக்கொண்டோம். அதாவது, கரைசல் \( \mathrm{SO}_4^{2-} \) உடன் ஒப்பிடும்போது அதிக எண்ணிக்கையிலான \( \mathrm{Zn}^{2+} \) அயனிகளைக் கொண்டுள்ளது, எனவே நேர்மின்முனை அறையில் உள்ள கரைசல் நேர்மின்னூட்டம் பெறும். இதேபோல், \( \mathrm{Cu}^{2+} \) அயனிகள் செம்பாக ஒடுக்கப்படுவதால் எதிர்மின்முனை அறையில் உள்ள கரைசல் எதிர்மின்னூட்டம் பெறும், அதாவது எதிர்மின்முனை கரைசல் \( \mathrm{Cu}^{2+} \) உடன் ஒப்பிடும்போது அதிக எண்ணிக்கையிலான \( \mathrm{SO}_4^{2-} \) அயனிகளைக் கொண்டுள்ளது.

இரண்டு அறைகளிலும் மின் நடுநிலையைப் பராமரிக்க, வினைபுரியாத எதிர்மின் அயனிகள் \( \mathrm{Cl}^{-} \) (உப்புப் பாலத்தில் எடுக்கப்பட்ட KCl இலிருந்து) உப்புப் பாலத்திலிருந்து நகர்ந்து நேர்மின்முனை அறைக்குள் நுழைகின்றன, அதே நேரத்தில் சில \( \mathrm{K}^{+} \) அயனிகள் உப்புப் பாலத்திலிருந்து எதிர்மின்முனை அறைக்குள் நகரும்.

சுற்றின் நிறைவு: எலக்ட்ரான்கள் எதிர்மறை மின்னூட்டம் கொண்ட துத்தநாக நேர்மின்முனையிலிருந்து நேர்மறை மின்னூட்டம் கொண்ட செப்பு எதிர்மின்முனைக்கு வெளிப்புறக் கம்பி வழியாகப் பாய்கின்றன, அதே நேரத்தில், எதிர்மின் அயனிகள் நேர்மின்முனையை நோக்கியும், நேர்மின் அயனிகள் எதிர்மின்முனை அறையை நோக்கியும் நகரும். இது சுற்றை நிறைவு செய்கிறது.

மின்முனைகளின் நுகர்வு: டேனியல் கலம் செயல்படும்போது, துத்தநாக மின்முனையின் நிறை படிப்படியாகக் குறைகிறது, அதே நேரம் செப்பு மின்முனையின் நிறை அதிகரிக்கிறது, எனவே முழு உலோக துத்தநாக மின்முனை \( \mathrm{Zn}^{2+} \) ஆக மாற்றப்படும் வரை அல்லது முழு \( \mathrm{Cu}^{2+} \) அயனிகளும் உலோக செம்பாக மாற்றப்படும் வரை கலம் செயல்படும்.

டேனியல் கலத்தைப் போலல்லாமல், சில சந்தர்ப்பங்களில், வினைபடுபொருட்கள் (அல்லது) விளைபொருட்கள் மின்முனைகளாகச் செயல்பட முடியாது, அத்தகைய சந்தர்ப்பங்களில் கிராஃபைட் (அல்லது) பிளாட்டினம் போன்ற செயலற்ற மின்முனை பயன்படுத்தப்படுகிறது, இது வெளிப்புற சுற்றில் மின்னோட்டத்தை கடத்துகிறது.

9.3.2 கால்வனிக் கலக் குறியீடு

கால்வனிக் கலம் ஒரு கல வரைபடத்தால் குறிப்பிடப்படுகிறது, எடுத்துக்காட்டாக, டேனியல் கலம் கீழ்க்கண்டவாறு குறிப்பிடப்படுகிறது

\[ \mathrm{Zn(s) | Zn^{2+}(aq) || Cu^{2+}(aq) | Cu(s)} \]

மேற்கண்ட குறியீட்டில், ஒற்றை செங்குத்துப் பட்டை (|) ஒரு கட்ட எல்லையையும், இரட்டை செங்குத்துப் பட்டை (||) உப்புப் பாலத்தையும் குறிக்கிறது.

நேர்மின்முனை அரை கலம் உப்புப் பாலத்தின் இடது பக்கத்திலும், எதிர்மின்முனை அரை கலம் வலது பக்கத்திலும் எழுதப்படுகிறது.
நேர்மின்முனை மற்றும் எதிர்மின்முனை முறையே இடது மற்றும் வலது முனைகளில் எழுதப்படுகின்றன.
கலத்தின் emf கல வரைபடத்திற்குப் பிறகு வலது பக்கத்தில் எழுதப்படுகிறது.

எடுத்துக்காட்டு

ஒரு கால்வனிக் கலத்தின் நிகர ரெடாக்ஸ் வினை கீழே கொடுக்கப்பட்டுள்ளது

\[ 2\mathrm{Cr(s)} + 3\mathrm{Cu}^{2+}(aq) \rightarrow 2\mathrm{Cr}^{3+}(aq) + 3\mathrm{Cu(s)} \]

அரை வினைகளை எழுதி, கலக் குறியீட்டைப் பயன்படுத்தி கலத்தை விவரிக்கவும்.

நேர்மின்முனை ஆக்சிஜனேற்றம்: \( 2\mathrm{Cr(s)} \rightarrow 2\mathrm{Cr}^{3+}(aq) + 6e^{-} \) ….(1)

எதிர்மின்முனை ஒடுக்கம்: \( 3\mathrm{Cu}^{2+}(aq) + 6e^{-} \rightarrow 3\mathrm{Cu(s)} \) ….(2)

கலக் குறியீடு

\[ \mathrm{Cr(s) | Cr^{3+}(aq) || Cu^{2+}(aq) | Cu(s)} \]

9.3.3 ஒரு கலத்தின் emf

டேனியல் கலத்தின் இரண்டு அரை கலங்கள் இணைக்கப்படும்போது, ஒரு தன்னிச்சையான ரெடாக்ஸ் வினை நிகழும், இதன் விளைவாக எலக்ட்ரான்கள் நேர்மின்முனையிலிருந்து எதிர்மின்முனைக்குப் பாயும் என்பதைக் கற்றுக்கொண்டோம். எலக்ட்ரான்களை நேர்மின்முனையிலிருந்து விலக்கி, எதிர்மின்முனையை நோக்கி இழுக்கும் விசை மின்னியக்கு விசை (emf) (அல்லது) கல ஆற்றல் எனப்படும். கல ஆற்றலின் SI அலகு வோல்ட் (v) ஆகும்.

நேர்மின்முனைக்கும் எதிர்மின்முனைக்கும் இடையே ஒரு வோல்ட் மின் ஆற்றல் வேறுபாடு இருக்கும்போது, அவற்றுக்கிடையே நகரும் ஒவ்வொரு கூலும் மின்னூட்டத்திற்கும் ஒரு ஜூல் ஆற்றல் வெளியிடப்படுகிறது.

\[ 1\ \mathrm{J} = 1\ \mathrm{C} \times 1\ \mathrm{V} \qquad \text{....(9.18)} \]

கல மின்னழுத்தம் மின்முனைகளின் தன்மை, மின்பகுளிகளின் செறிவு மற்றும் கலம் இயக்கப்படும் வெப்பநிலை ஆகியவற்றைப் பொறுத்தது. எடுத்துக்காட்டாக

\( 25^{\circ}\mathrm{C} \) இல், கீழே குறிப்பிடப்பட்ட டேனியல் கலத்தின் emf 1.107 வோல்ட் ஆகும்

\[ \mathrm{Zn(s) | Zn^{2+}(aq, 1M) || Cu^{2+}(aq, 1M) | Cu(s)} \qquad E^{0} = 1.107\ \mathrm{V} \]

9.3.4 மின்முனை ஆற்றலை அளவிடுதல்

ஒட்டுமொத்த ரெடாக்ஸ் வினையானது இரண்டு அரை வினைகளின் கூடுதலாகக் கருதப்படலாம், அதாவது ஆக்சிஜனேற்றம் மற்றும் ஒடுக்கம். இதேபோல், ஒரு கலத்தின் emf ஆனது எதிர்மின்முனை மற்றும் நேர்மின்முனையில் உள்ள மின்முனை ஆற்றல்களின் கூடுதலாகக் கருதப்படலாம்,

\[ E_{\text{cell}} = (E_{\text{ox}})_{\text{anode}} + (E_{\text{red}})_{\text{cathode}} \qquad \text{(9.19)} \]

இங்கு, \( (E_{\text{ox}})_{\text{anode}} \) என்பது நேர்மின்முனையில் ஆக்சிஜனேற்ற ஆற்றலையும், \( (E_{\text{red}})_{\text{cathode}} \) என்பது எதிர்மின்முனையில் ஒடுக்க ஆற்றலையும் குறிக்கிறது. ஒரு மின்முனையின் emf ஐ அளவிட முடியாது, ஆனால் ஒரு வோல்ட்மீட்டரைப் பயன்படுத்தி இரண்டு மின்முனைகளுக்கிடையேயான ஆற்றல் வேறுபாட்டை \( (E_{\text{cell}}) \) அளவிட முடியும். கலத்தை உருவாக்கும் மின்முனைகளில் ஏதேனும் ஒன்றின் emf தெரிந்தால், அளவிடப்பட்ட கல emf இலிருந்து மற்ற மின்முனையின் emf ஐ கோவையைப் (9.19) பயன்படுத்தி கணக்கிடலாம். எனவே, emf அறியப்பட்ட ஒரு குறிப்பு மின்முனை நமக்குத் தேவைப்படுகிறது.

அந்த நோக்கத்திற்காக, திட்ட ஹைட்ரஜன் மின்முனை (SHE) ஒரு குறிப்பு மின்முனையாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. இது சரியாக பூஜ்ஜிய வோல்ட் என்ற ஒரு தன்னிச்சையான emf ஐக் கொண்டிருக்குமாறு ஒதுக்கப்பட்டுள்ளது. இது 1M HCl கரைசல் மற்றும் 1 atm ஹைட்ரஜன் வாயுவுடன் தொடர்பில் உள்ள ஒரு பிளாட்டினம் மின்முனையைக் கொண்டுள்ளது. படம் 9.6 இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, \( 25^{\circ}\mathrm{C} \) இல் கரைசல் வழியாக ஹைட்ரஜன் வாயு குமிழியிடப்படுகிறது. SHE ஒரு எதிர்மின்முனையாகவும் அதே போல் ஒரு நேர்மின்முனையாகவும் செயல்பட முடியும். அரை கல வினைகள் கீழே கொடுக்கப்பட்டுள்ளன.

SHE ஒரு எதிர்மின்முனையாகப் பயன்படுத்தப்பட்டால், ஒடுக்க வினை

\[ 2\mathrm{H}^{+}(aq, 1\mathrm{M}) + 2e^{-} \rightarrow \mathrm{H}_2(g, 1\ \mathrm{atm}) \qquad E^{\circ} = 0\ \text{வோல்ட்} \]

SHE ஒரு நேர்மின்முனையாகப் பயன்படுத்தப்பட்டால், ஆக்சிஜனேற்ற வினை

\[ \mathrm{H}_2(g, 1\ \mathrm{atm}) \rightarrow 2\mathrm{H}^{+}(aq, 1\mathrm{M}) + 2e^{-} \qquad E^{\circ} = 0\ \text{வோல்ட்} \]படம் 9.6 திட்ட ஹைட்ரஜன் மின்முனை

விளக்கம்

SHE ஐப் பயன்படுத்தி துத்தநாக சல்பேட் கரைசலில் மூழ்கிய துத்தநாக மின்முனையின் ஒடுக்க ஆற்றலைக் கணக்கிடுவோம்.

படி 1: பின்வரும் கால்வனிக் கலம் SHE ஐப் பயன்படுத்தி கட்டமைக்கப்படுகிறது

\[ \mathrm{Zn(s) | Zn^{2+}(aq, 1M) || H^{+}(aq, 1M) | H_2(g, 1\ \text{atm}) | Pt(s)} \]

படி 2: மேற்கண்ட கால்வனிக் கலத்தின் emf ஒரு வோல்ட் மீட்டரைப் பயன்படுத்தி அளவிடப்படுகிறது. இந்த வழக்கில், மேற்கண்ட கால்வனிக் கலத்தின் அளவிடப்பட்ட emf 0.76V ஆகும்.

கணக்கீடு

நமக்குத் தெரியும்,

\[ E_{\text{cell}}^{\circ} = (E_{\text{ox}}^{\circ})_{\mathrm{Zn|Zn^{2+}}} + (E_{\text{red}}^{\circ})_{\mathrm{SHE}} \]

\( E_{\text{cell}}^{\circ} = 0.76 \) மற்றும் \( (E_{\text{red}}^{\circ})_{\mathrm{SHE}} = 0\ \mathrm{V} \).

\[ \Rightarrow 0.76\ \mathrm{V} = (E_{\text{ox}}^{\circ})_{\mathrm{Zn|Zn^{2+}}} + 0\ \mathrm{V} \]\[ \Rightarrow (E_{\text{ox}}^{\circ})_{\mathrm{Zn|Zn^{2+}}} = 0.76\ \mathrm{V} \]

இந்த ஆக்சிஜனேற்ற ஆற்றல் எதிர்மின்முனையில் நிகழும் கீழே குறிப்பிடப்பட்ட அரை கல வினைக்கு ஒத்திருக்கிறது.

\[ \mathrm{Zn} \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+} + 2e^{-} \quad \text{(ஆக்சிஜனேற்றம்)} \]

தலைகீழ் வினைக்கான emf ஒடுக்க ஆற்றலைக் கொடுக்கும்

\[ \mathrm{Zn}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \mathrm{Zn} \quad E^{\circ} = -0.76\ \mathrm{V} \]படம் 9.7 emf அளவீடு (Zn | Zn\(^{2+}\) மின்முனை)

IUPAC வரையறை

மின்முனை ஆற்றல் (E): இடதுபுறத்தில் உள்ள மின்முனை ஒரு திட்ட ஹைட்ரஜன் மின்முனையாகவும், வலதுபுறத்தில் உள்ள மின்முனை கேள்விக்குரிய மின்முனையாகவும் இருக்கும் ஒரு கலத்தின் மின்னியக்கு விசை.

திட்ட மின்முனை ஆற்றல், E°: திட்ட அழுத்தத்தின் கீழ் மூலக்கூறு ஹைட்ரஜன் இடது புற மின்முனையில் கரைசல் புரோட்டான்களாக ஆக்சிஜனேற்றம் செய்யப்படும் ஒரு கலத்தின் திட்ட emf இன் மதிப்பு.

உங்களை மதிப்பீடு செய்துகொள்ளுங்கள் : 3

\( 25^{\circ}\mathrm{C} \) இல் பின்வரும் கலத்தின் emf \( 0.34\ \mathrm{V} \) க்கு சமம். செப்பு மின்முனையின் ஒடுக்க ஆற்றலைக் கணக்கிடுக.

\[ \mathrm{Pt(s) | H_2(g, 1\ \text{atm}) | H^{+}(aq, 1M) || Cu^{2+}(aq, 1M) | Cu(s)} \]

துத்தநாகம் மற்றும் செப்பு மின்முனையின் கணக்கிடப்பட்ட emf மதிப்பைப் பயன்படுத்தி, \( 25^{\circ}\mathrm{C} \) இல் பின்வரும் கலத்தின் emf ஐக் கணக்கிடுக.

\[ \mathrm{Zn(s) | Zn^{2+}(aq, 1M) || Cu^{2+}(aq, 1M) | Cu(s)} \]

9.4 கல வினைகளின் வெப்ப இயக்கவியல்

ஒரு கால்வனிக் கலத்தில், வேதி ஆற்றல் மின் ஆற்றலாக மாற்றப்படுகிறது என்பதை இப்போதுதான் கற்றுக்கொண்டோம். கலத்தால் உற்பத்தி செய்யப்படும் மின் ஆற்றல், எலக்ட்ரான்களின் மொத்த மின்னூட்டத்திற்கும், இந்த எலக்ட்ரான்களை மின்முனைகளுக்கிடையில் இயக்கும் கலத்தின் emf க்கும் உள்ள பெருக்குத்தொகைக்குச் சமமாகும்.

ஒட்டுமொத்த கல வினையில் ஆக்சிஜனேற்றும் மற்றும் ஒடுக்கும் முகவருக்கு இடையில் பரிமாற்றம் செய்யப்பட்ட எலக்ட்ரான்களின் மோல்களின் எண்ணிக்கை ’n’ எனில், கலத்தால் உற்பத்தி செய்யப்படும் மின் ஆற்றல் கீழே கொடுக்கப்பட்டுள்ளது.

மின் ஆற்றல் = ’n’ மோல் எலக்ட்ரான்களின் மின்னூட்டம் \( \times E_{\text{cell}} \) ….(9.20)

1 மோல் எலக்ட்ரான்களின் மின்னூட்டம் = ஒரு பாரடே (1F)

’n’ மோல் எலக்ட்ரான்களின் மின்னூட்டம் = nF

சமன்பாடு (9.20) \( \Rightarrow \) மின் ஆற்றல் = nFE\(_{\text{cell}}\) ….(9.21)

ஒரு எலக்ட்ரானின் மின்னூட்டம் \( = 1.602 \times 10^{-19}\ \mathrm{C} \)

ஒரு மோல் எலக்ட்ரானின் மின்னூட்டம் \( = 6.023 \times 10^{23} \times 1.602 \times 10^{-19}\ \mathrm{C} = 96488\ \mathrm{C} \)

அதாவது, 1F \( = 96500\ \mathrm{C} \)

இந்த ஆற்றல் மின் வேலையைச் செய்யப் பயன்படுகிறது. எனவே ஒரு கால்வனிக் கலத்திலிருந்து பெறக்கூடிய அதிகபட்ச வேலை

\[ (W_{\text{max}})_{\text{cell}} = -nFE_{\text{cell}} \qquad \text{(9.22)} \]

இங்கு (-) குறியானது, அமைப்பால் சுற்றுப்புறத்தில் வேலை செய்யப்படுவதைக் குறிக்க அறிமுகப்படுத்தப்பட்டுள்ளது.

அமைப்பால் செய்யப்படும் அதிகபட்ச வேலை, அமைப்பின் கிப்ஸ் கட்டிலா ஆற்றலில் ஏற்படும் மாற்றத்திற்குச் சமம் என்பதை வெப்ப இயக்கவியலின் இரண்டாவது விதியிலிருந்து நாம் அறிவோம்.

\[ \text{அதாவது, } W_{\text{max}} = \Delta G \qquad \text{(9.23)} \]

(9.22) மற்றும் (9.23) இலிருந்து,

\[ \Delta G = -nFE_{\text{cell}} \qquad \text{(9.24)} \]

ஒரு தன்னிச்சையான கல வினைக்கு, \( \Delta G \) எதிர்மறையாக இருக்க வேண்டும். மேற்கண்ட கோவை (9.24) எதிர்மறை \( \Delta G \) மதிப்பைப் பெற \( E_{\text{cell}} \) நேர்மறையாக இருக்க வேண்டும் என்பதைக் குறிக்கிறது.

அனைத்து கலக் கூறுகளும் அவற்றின் திட்ட நிலையில் இருக்கும்போது, சமன்பாடு (9.24) ஆகிறது

\[ \Delta G^{\circ} = -nFE_{\text{cell}}^{\circ} \qquad \text{(9.25)} \]

திட்டக் கட்டிலா ஆற்றல் மாற்றம் பின்வரும் கோவையின் படி சமநிலை மாறிலியுடன் தொடர்புடையது என்பதை நாம் அறிவோம்.

\[ \Delta G^{\circ} = -RT \ln K_{\text{eq}} \qquad \text{(9.26)} \]

(9.25) மற்றும் (9.26) ஐ ஒப்பிடுதல்,

\[ nFE_{\text{cell}}^{\circ} = RT \ln K_{\text{eq}} \]\[ \Rightarrow E_{\text{cell}}^{\circ} = \frac{2.303 RT}{nF} \log K_{\text{eq}} \qquad \text{(9.27)} \]

9.4.1 Nernst சமன்பாடு

Nernst சமன்பாடு என்பது கல ஆற்றலையும், ஒரு மின்வேதியியல் வினையில் ஈடுபடும் பரவலினங்களின் செறிவையும் தொடர்புபடுத்தும் ஒன்றாகும். ஒரு மின்வேதியியல் கலத்தைக் கருத்தில் கொள்வோம், அதற்கான ஒட்டுமொத்த ரெடாக்ஸ் வினை,

\[ x\mathrm{A} + y\mathrm{B} \rightleftharpoons l\mathrm{C} + m\mathrm{D} \]

மேற்கண்ட வினைக்கான வினை ஈவு Q கீழே கொடுக்கப்பட்டுள்ளது

\[ Q = \frac{[\mathrm{C}]^l [\mathrm{D}]^m}{[\mathrm{A}]^x [\mathrm{B}]^y} \qquad \text{(9.28)} \]

என்பதை ஏற்கனவே கற்றுக்கொண்டோம்,

\[ \Delta G = \Delta G^{\circ} + RT \ln Q \qquad \text{(9.29)} \]

கிப்ஸ் கட்டிலா ஆற்றலை கல emf உடன் பின்வருமாறு தொடர்புபடுத்தலாம்

\[ \Delta G = -nFE_{\text{cell}}; \quad \Delta G^{\circ} = -nFE_{\text{cell}}^{\circ} \]

இந்த மதிப்புகளையும், (9.28) இலிருந்து Q ஐயும் சமன்பாடு (9.29) இல் பிரதியிடுக

\[ (9.29) \Rightarrow -nFE_{\text{cell}} = -nFE_{\text{cell}}^{\circ} + RT \ln \frac{[\mathrm{C}]^l [\mathrm{D}]^m}{[\mathrm{A}]^x [\mathrm{B}]^y} \qquad \text{(9.30)} \]

முழு சமன்பாட்டையும் (9.30) (-nF) ஆல் வகுக்கவும்

\[ E_{\text{cell}} = E_{\text{cell}}^{\circ} - \frac{RT}{nF} \ln \frac{[\mathrm{C}]^l [\mathrm{D}]^m}{[\mathrm{A}]^x [\mathrm{B}]^y} \]

(அல்லது)

\[ E_{\text{cell}} = E_{\text{cell}}^{\circ} - \frac{2.303 RT}{nF} \log \frac{[\mathrm{C}]^l [\mathrm{D}]^m}{[\mathrm{A}]^x [\mathrm{B}]^y} \qquad \text{(9.31)} \]

மேற்கண்ட சமன்பாடு (9.31) Nernst சமன்பாடு எனப்படும்.

\( 25^{\circ}\mathrm{C} \) (298K) இல், மேற்கண்ட சமன்பாடு (9.31) ஆகிறது,

\[ E_{\text{cell}} = E_{\text{cell}}^{\circ} - \frac{2.303 \times 8.314 \times 298}{n \times 96500} \log \frac{[\mathrm{C}]^l [\mathrm{D}]^m}{[\mathrm{A}]^x [\mathrm{B}]^y} \]\[ E_{\text{cell}} = E_{\text{cell}}^{\circ} - \frac{0.0591}{n} \log \frac{[\mathrm{C}]^l [\mathrm{D}]^m}{[\mathrm{A}]^x [\mathrm{B}]^y} \qquad \text{(9.32)} \]

( \( R = 8.314\ \mathrm{J\ K^{-1}\ mol^{-1}} \), \( T = 298\ \mathrm{K} \), \( 1F = 96500\ \mathrm{C\ mol^{-1}} \) என்பதால்)

Nernst சமன்பாட்டைப் பயன்படுத்தி \( 25^{\circ}\mathrm{C} \) இல் பின்வரும் கலத்தின் emf ஐக் கணக்கிடுவோம்.

\[ \mathrm{Cu(s) | Cu^{2+}(0.25\ \mathrm{aq},\ M) || Fe^{3+}(0.005\ \mathrm{aq},\ M), Fe^{2+}(0.1\ \mathrm{aq},\ M) | Pt(s)} \]

கொடுக்கப்பட்டுள்ளது: \( (E^{\circ})_{\mathrm{Fe^{3+}|Fe^{2+}}} = 0.77\ \mathrm{V} \) மற்றும் \( (E^{\circ})_{\mathrm{Cu^{2+}|Cu}} = 0.34\ \mathrm{V} \)

அரை வினைகள்

\[ \mathrm{Cu(s)} \rightarrow \mathrm{Cu}^{2+}(aq) + 2e^{-} \]\[ 2\mathrm{Fe}^{3+}(aq) + 2e^{-} \rightarrow 2\mathrm{Fe}^{2+}(aq) \]

ஒட்டுமொத்த வினை

\[ \mathrm{Cu(s)} + 2\mathrm{Fe}^{3+}(aq) \rightarrow \mathrm{Cu}^{2+}(aq) + 2\mathrm{Fe}^{2+}(aq), \text{ மற்றும் } n = 2 \]

\( 25^{\circ}\mathrm{C} \) இல் Nernst சமன்பாட்டைப் பயன்படுத்துக

\[ E_{\text{cell}} = E_{\text{cell}}^{\circ} - \frac{0.0591}{2} \log \frac{[\mathrm{Cu}^{2+}][\mathrm{Fe}^{2+}]^2}{[\mathrm{Fe}^{3+}]^2} \quad ( [\mathrm{Cu(s)}] = 1) \]\[ E_{\text{cell}}^{\circ} = (E_{\text{ox}}^{\circ})_{\mathrm{Cu|Cu^{2+}}} + (E_{\text{red}}^{\circ})_{\mathrm{Fe^{3+}|Fe^{2+}}} \]

\( \mathrm{Cu^{2+}|Cu} \) இன் திட்ட ஒடுக்க ஆற்றல் \( 0.34\ \mathrm{V} \) எனக் கொடுக்கப்பட்டுள்ளது

\[ \therefore (E_{\text{ox}}^{\circ})_{\mathrm{Cu|Cu^{2+}}} = -0.34\ \mathrm{V} \]\[ (E_{\text{red}}^{\circ})_{\mathrm{Fe^{3+}|Fe^{2+}}} = 0.77\ \mathrm{V} \]\[ \therefore E_{\text{cell}}^{\circ} = -0.34 + 0.77 = 0.43\ \mathrm{V} \]\[ \therefore E_{\text{cell}} = 0.43 - \frac{0.0591}{2} \times \log \frac{(0.25)(0.1)^2}{(0.005)^2} \]\[ \log \frac{(0.25)(0.1)^2}{(0.005)^2} = \log \frac{25 \times 10^{-2} \times 1 \times 10^{-2}}{25 \times 10^{-6}} = \log 10^2 = 2 \]\[ E_{\text{cell}} = 0.43 - 0.02955 \times 2 = 0.43 - 0.0591 = 0.3709\ \mathrm{V} \]

உங்களை மதிப்பீடு செய்துகொள்ளுங்கள் : 5

டேனியல் கலத்தின் மின்வேதியியல் கல வினை

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

நேர்மின்முனை அறையில் அயனி செறிவை ஒரு காரணி 10 ஆல் அதிகரிப்பதால் கல மின்னழுத்தத்தில் ஏற்படும் மாற்றம் என்ன?

9.5 மின்பகுப்புக் கலம் மற்றும் மின்பகுப்பு

மின்பகுப்பு என்பது ஒரு செயல்முறையாகும், இதில் மின் ஆற்றல் ஒரு தன்னிச்சையற்ற வேதி வினையை ஏற்படுத்தப் பயன்படுத்தப்படுகிறது; ஒரு சேர்மத்தை அதன் தனிமங்களாக சிதைக்க ஆற்றல் பெரும்பாலும் பயன்படுத்தப்படுகிறது. மின்பகுப்பை மேற்கொள்ளப் பயன்படும் சாதனம் மின்பகுப்புக் கலம் எனப்படும். மின்பகுப்புக் கலத்திலும், கால்வனிக் கலத்திலும் நிகழும் மின்வேதியியல் செயல்முறை ஒன்றுக்கொன்று எதிர்மாறாகும். உருகிய சோடியம் குளோரைட்டின் மின்பகுப்பைக் கருத்தில் கொண்டு மின்பகுப்புக் கலத்தின் செயல்பாட்டைப் புரிந்துகொள்வோம்.

மின்பகுப்புக் கலமானது இரண்டு மின்முனைகளைக் கொண்டுள்ளது: ஒன்று உருளை வடிவ எஃகு எதிர்மின்முனை மற்றும் மற்றொன்று கிராஃபைட் நேர்மின்முனை. அவை உருகிய சோடியம் குளோரைடில் மூழ்கியுள்ளன. அவை ஒரு சாவி மூலம் வெளிப்புற DC மின் விநியோகத்துடன் படத்தில் (9.8) காட்டப்பட்டுள்ளபடி இணைக்கப்பட்டுள்ளன. மின் விநியோகத்தின் எதிர்மறை முனையுடன் இணைக்கப்பட்ட மின்முனை எதிர்மின்முனை (cathode) என்றும், நேர்மறை முனையுடன் இணைக்கப்பட்ட மின்முனை நேர்மின்முனை (anode) என்றும் அழைக்கப்படுகிறது. சாவி மூடப்பட்டதும், வெளிப்புற DC மின் விநியோகம் எலக்ட்ரான்களை எதிர்மின்முனைக்கு இயக்குகிறது, அதே நேரத்தில் நேர்மின்முனையிலிருந்து எலக்ட்ரான்களை இழுக்கிறது.

படம் 9.8 உருகிய NaCl இன் மின்பகுப்பு

கல வினைகள்

\( \mathrm{Na}^{+} \) அயனிகள் எதிர்மின்முனையை நோக்கி ஈர்க்கப்படுகின்றன, அங்கு அவை எலக்ட்ரான்களுடன் இணைந்து திரவ சோடியமாக ஒடுக்கப்படுகின்றன.

எதிர்மின்முனை (ஒடுக்கம்)

\[ \mathrm{Na}^{+}(l) + e^{-} \rightarrow \mathrm{Na}(l) \qquad E^{\circ} = -2.71\ \mathrm{V} \]

இதேபோல், \( \mathrm{Cl}^{-} \) அயனிகள் நேர்மின்முனையை நோக்கி ஈர்க்கப்படுகின்றன, அங்கு அவை தங்கள் எலக்ட்ரான்களை இழந்து குளோரின் வாயுவாக ஆக்சிஜனேற்றம் செய்யப்படுகின்றன.

நேர்மின்முனை (ஆக்சிஜனேற்றம்)

\[ 2\mathrm{Cl}^{-}(l) \rightarrow \mathrm{Cl}_2(g) + 2e^{-} \qquad E^{\circ} = -1.36\ \mathrm{V} \]

ஒட்டுமொத்த வினை

\[ 2\mathrm{Na}^{+}(l) + 2\mathrm{Cl}^{-}(l) \rightarrow 2\mathrm{Na}(l) + \mathrm{Cl}_2(g) \]\[ E^{\circ} = -4.07\ \mathrm{V} \]

எதிர்மறை \( E^{\circ} \) மதிப்பு மேற்கண்ட வினை ஒரு தன்னிச்சையற்றது என்பதைக் காட்டுகிறது. எனவே, உருகிய NaCl இன் மின்பகுப்பை ஏற்படுத்த \( 4.07\ \mathrm{V} \) விட அதிகமான மின்னழுத்தத்தை நாம் வழங்க வேண்டும்.

மின்பகுப்புக் கலத்தில், கால்வனிக் கலத்தில் இருப்பதைப் போலவே ஆக்சிஜனேற்றம் நேர்மின்முனையிலும், ஒடுக்கம் எதிர்மின்முனையிலும் நிகழ்கிறது, ஆனால் மின்முனைகளின் குறி எதிர்மாறாக உள்ளது, அதாவது மின்பகுப்புக் கலத்தில் எதிர்மின்முனை -ve மற்றும் நேர்மின்முனை +ve ஆகும்.

9.6 பாரடேயின் மின்பகுப்பு விதிகள்

முதல் விதி

மின்பகுப்பின் போது ஒரு மின்முனையில் விடுவிக்கப்படும் பொருளின் நிறை (m) கலத்தின் வழியாக செல்லும் மின்னூட்டத்தின் அளவிற்கு (Q) நேர்விகிதத்தில் இருக்கும்.

அதாவது, \( m \propto Q \)

மின்னூட்டம் \( I = \frac{Q}{t} \Rightarrow Q = It \) என்ற சமன்பாட்டால் மின்னோட்டத்துடன் தொடர்புடையது என்பதை நாம் அறிவோம்.

\( m \propto It \)

(அல்லது)

\[ m = ZIt \qquad \text{(9.33)} \]

இங்கு Z என்பது மின்முனையில் உற்பத்தி செய்யப்படும் பொருளின் மின்வேதிச் சமானம் என அறியப்படுகிறது.

\( I = 1\ \mathrm{A} \) மற்றும் \( t = 1\ \mathrm{s} \), \( Q = 1\ \mathrm{C} \) ஆக இருக்கும் போது, அத்தகைய சமயத்தில் சமன்பாடு (9.33) ஆகிறது,

\[ \Rightarrow m = Z \qquad \text{(9.34)} \]

எனவே, மின்வேதிச் சமானம் என்பது 1 கூலும் மின்னூட்டத்தால் மின்முனையில் படிய வைக்கப்பட்ட அல்லது விடுவிக்கப்பட்ட பொருளின் அளவு என வரையறுக்கப்படுகிறது.

மின்வேதிச் சமானம் மற்றும் மோலார் நிறை

பின்வரும் பொதுவான மின்வேதியியல் ரெடாக்ஸ் வினையைக் கருத்தில் கொள்வோம்

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

மேற்கண்ட சமன்பாட்டிலிருந்து, 1 மோல் \( \mathrm{M}^{n+} \) ஐ \( \mathrm{M}(s) \) ஆக வீழ்படிவாக்க ’n’ மோல் எலக்ட்ரான்கள் தேவை என்பதை நாம் அறியலாம்.

1 மோல் \( \mathrm{M}^{n+} \) ஐ வீழ்படிவாக்கத் தேவையான மின்னூட்டத்தின் அளவு = ’n’ மோல் எலக்ட்ரான்களின் மின்னூட்டம் = \( nF \)

வேறு வார்த்தைகளில், ஒரு கூலும் மின்னூட்டத்தால் படிய வைக்கப்படும் பொருளின் நிறை

\( \mathrm{M}^{n+} \) இன் மின்வேதிச் சமானம் \( = \frac{\text{M இன் மோலார் நிறை}}{n \times 96500} \)

(அல்லது)

\[ Z = \frac{\text{சமான நிறை}}{96500} \qquad \text{(9.35)} \]படம் 9.9 அதே அளவு மின்னூட்டத்தைப் பயன்படுத்தி பல்வேறு மின்பகுளிகளின் மின்பகுப்பு

இரண்டாவது விதி

அதே அளவு மின்னூட்டம் வெவ்வேறு மின்பகுளிகளின் கரைசல்கள் வழியாக அனுப்பப்படும்போது, தொடர்புடைய மின்முனைகளில் விடுவிக்கப்படும் பொருட்களின் அளவுகள் அவற்றின் மின்வேதிச் சமானங்களுக்கு நேர்விகிதத்தில் இருக்கும்.

படம் 9.9 இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி அதே DC மின் மூலத்துடன் தொடரில் இணைக்கப்பட்ட மூன்று மின்பகுப்புக் கலங்களைக் கருத்தில் கொள்வோம். ஒவ்வொரு கலமும் முறையே \( \mathrm{NiSO_4} \), \( \mathrm{CuSO_4} \) மற்றும் \( \mathrm{CoSO_4} \) என்ற வெவ்வேறு மின்பகுளிகளால் நிரப்பப்பட்டுள்ளது.

Q கூலும் மின்னூட்டம் மின்பகுப்புக் கலங்கள் வழியாக அனுப்பப்படும்போது தொடர்புடைய மின்முனைகளில் படிய வைக்கப்பட்ட நிக்கல், செம்பு மற்றும் கோபால்ட்டின் நிறைகள் முறையே \( m_{\mathrm{Ni}} \), \( m_{\mathrm{Cu}} \) மற்றும் \( m_{\mathrm{Co}} \) ஆக இருக்கட்டும்.

பாரடேயின் இரண்டாவது விதியின் படி,

\[ m_{\mathrm{Ni}} \propto Z_{\mathrm{Ni}}, \quad m_{\mathrm{Cu}} \propto Z_{\mathrm{Cu}}, \quad m_{\mathrm{Co}} \propto Z_{\mathrm{Co}} \]\[ \text{(அல்லது)} \]\[ \frac{m_{\mathrm{Ni}}}{Z_{\mathrm{Ni}}} = \frac{m_{\mathrm{Cu}}}{Z_{\mathrm{Cu}}} = \frac{m_{\mathrm{Co}}}{Z_{\mathrm{Co}}} \qquad \text{(9.36)} \]

எடுத்துக்காட்டு

சில்வர் நைட்ரேட்டின் ஒரு கரைசல் 20 நிமிடங்களுக்கு 2 ஆம்பியர் மின்னோட்டத்துடன் மின்பகுப்பு செய்யப்படுகிறது. எதிர்மின்முனையில் படிய வைக்கப்பட்ட வெள்ளியின் நிறையைக் கணக்கிடுக.

எதிர்மின்முனையில் மின்வேதியியல் வினை \( \mathrm{Ag}^{+} + e^{-} \rightarrow \mathrm{Ag} \) (ஒடுக்கம்)

\[ m = ZIt = \frac{108\ \mathrm{g\ mol^{-1}}}{96500\ \mathrm{C\ mol^{-1}}} \times (2 \times 20 \times 60)\ \mathrm{C} \]\[ m = \frac{108}{96500} \times 2400 = 2.68\ \mathrm{g} \]

உங்களை மதிப்பீடு செய்துகொள்ளுங்கள் : 6

ஒரு உலோகத்தின் உப்பின் கரைசல் 15 நிமிடங்களுக்கு 0.15 ஆம்பியர் மின்னோட்டத்துடன் மின்பகுப்பு செய்யப்பட்டது. எதிர்மின்முனையில் படிய வைக்கப்பட்ட உலோகத்தின் நிறை 0.783g ஆகும். உலோகத்தின் சமான நிறையைக் கணக்கிடுக.

9.7 மின்கலங்கள்

நவீன மின்னணு உலகில் மின்கலங்கள் இன்றியமையாதவை. எடுத்துக்காட்டாக, Li-அயன் மின்கலங்கள் செல்பேசிகளிலும், உலர் மின்கலம் ஒளிர்விளக்குகளிலும் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. இந்த மின்கலங்கள் ஒரு நிலையான மின்னழுத்தத்தில் நேர்மின்னோட்டத்தின் மூலமாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. அவற்றை முதன்மை மின்கலங்கள் (மீள்மின்னூட்ட முடியாதவை) மற்றும் இரண்டாம் நிலை மின்கலங்கள் (மீள்மின்னூட்டம் செய்யக்கூடியவை) என வகைப்படுத்தலாம். இந்தப் பிரிவில், சில மின்கலங்களின் மின்வேதியியலை சுருக்கமாக விவாதிப்போம்.

லெக்லாஞ்சி மின்கலம்

நேர்மின்முனை: துத்தநாகக் கொள்கலன்
எதிர்மின்முனை: \( \mathrm{MnO_2} \) உடன் தொடர்பில் உள்ள கிராஃபைட் கோல்
மின்பகுளி: நீரில் அம்மோனியம் குளோரைடு மற்றும் துத்தநாக குளோரைடு
கலத்தின் emf சுமார் 1.5V

கல வினை

நேர்மின்முனையில் ஆக்சிஜனேற்றம்

\[ \mathrm{Zn(s)} \rightarrow \mathrm{Zn^{2+}(aq) + 2e^{-}} \qquad (1) \]

எதிர்மின்முனையில் ஒடுக்கம்

\[ 2\mathrm{NH_4^+(aq) + 2e^-} \rightarrow 2\mathrm{NH_3(aq) + H_2(g)} \qquad (2) \]

ஹைட்ரஜன் வாயு \( \mathrm{MnO_2} \) ஆல் நீராக ஆக்சிஜனேற்றம் செய்யப்படுகிறது

\[ \mathrm{H_2(g) + 2MnO_2(s)} \rightarrow \mathrm{Mn_2O_3(s) + H_2O(l)} \qquad (3) \]

சமன்பாடு \( (1) + (2) + (3) \) ஒட்டுமொத்த ரெடாக்ஸ் வினையைக் கொடுக்கிறது

\[ \mathrm{Zn(s) + 2NH_4^+(aq) + 2MnO_2(s)} \rightarrow \mathrm{Zn^{2+}(aq) + Mn_2O_3(s) + H_2O(l) + 2NH_3} \]

எதிர்மின்முனையில் உற்பத்தி செய்யப்படும் அம்மோனியா \( \mathrm{Zn}^{2+} \) உடன் இணைந்து ஒரு சிக்கல் அயனி \( [\mathrm{Zn(NH_3)_4}]^{2+}(aq) \) ஐ உருவாக்குகிறது. வினை நடைபெறும்போது, \( \mathrm{NH_4}^{+} \) இன் செறிவு குறையும் மற்றும் நீரிய \( \mathrm{NH_3} \) அதிகரிக்கும், இது கலத்தின் emf குறைவதற்கு வழிவகுக்கிறது.

படம் 9.10 லெக்லாஞ்சி மின்கலம்

பாதரசப் பொத்தான் மின்கலம்

நேர்மின்முனை: பாதரசத்துடன் துத்தநாகக் கலவை
எதிர்மின்முனை: கிராஃபைட்டுடன் கலந்த HgO
மின்பகுளி: KOH மற்றும் ZnO இன் பசை

நேர்மின்முனையில் ஆக்சிஜனேற்றம்: \( \mathrm{Zn(s) + 2OH^{-}(aq)} \rightarrow \mathrm{ZnO(s) + H_2O(l) + 2e^{-}} \)

எதிர்மின்முனையில் ஒடுக்கம்: \( \mathrm{HgO(s) + H_2O(l) + 2e^{-}} \rightarrow \mathrm{Hg(l) + 2OH^{-}(aq)} \)

ஒட்டுமொத்த வினை: \( \mathrm{Zn(s) + HgO(s)} \rightarrow \mathrm{ZnO(s) + Hg(l)} \)

கல emf: சுமார் 1.35V.

பயன்பாடுகள்: இது அதிக திறன் மற்றும் நீண்ட ஆயுளைக் கொண்டுள்ளது. இதயமுடுக்கிகள், மின்னணு கடிகாரங்கள், கேமராக்கள் போன்றவற்றில் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

படம் 9.11 பாதரசப் பொத்தான் மின்கலம்

இரண்டாம் நிலை மின்கலங்கள்

கால்வனிக் கலத்தில் நிகழும் மின்வேதியியல் வினைகள், கலத்தால் உருவாக்கப்பட்ட emf ஐ விட சற்று அதிகமான மின்னழுத்தத்தைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் தலைகீழாக்கப்படலாம் என்பதை நாம் ஏற்கனவே கற்றுக்கொண்டோம். இந்த கொள்கை இரண்டாம் நிலை மின்கலங்களில் அசல் வினைபடுபொருட்களை மீண்டும் உருவாக்கப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. ஈயச் சேமிப்பு மின்கலத்தை ஒரு எடுத்துக்காட்டாகக் கருத்தில் கொண்டு இரண்டாம் நிலை மின்கலத்தின் செயல்பாட்டைப் புரிந்துகொள்வோம்.

ஈயச் சேமிப்பு மின்கலம்

நேர்மின்முனை: கடற்பஞ்சு போன்ற ஈயம்
எதிர்மின்முனை: \( \mathrm{PbO_2} \) கொண்ட ஈயத் தகடு
மின்பகுளி: அடர்த்தி \( 1.2\ \mathrm{g/mL} \) உடன் நிறைப்படி \( 38\% \) \( \mathrm{H_2SO_4} \)

நேர்மின்முனையில் ஆக்சிஜனேற்றம்

\[ \mathrm{Pb(s)} \rightarrow \mathrm{Pb^{2+}(aq) + 2e^{-}} \qquad (1) \]

\( \mathrm{Pb}^{2+} \) அயனிகள் \( \mathrm{SO_4}^{2-} \) உடன் இணைந்து \( \mathrm{PbSO_4} \) வீழ்படிவை உருவாக்குகின்றன.

\[ \mathrm{Pb^{2+}(aq) + SO_4^{2-}(aq)} \rightarrow \mathrm{PbSO_4(s)} \qquad (2) \]

எதிர்மின்முனையில் ஒடுக்கம்

\[ \mathrm{PbO_2(s) + 4H^{+}(aq) + 2e^{-}} \rightarrow \mathrm{Pb^{2+}(aq) + 2H_2O(l)} \qquad (3) \]

\( \mathrm{Pb}^{2+} \) அயனிகள் கந்தக அமிலத்திலிருந்து \( \mathrm{SO_4}^{2-} \) அயனிகளுடன் இணைந்து \( \mathrm{PbSO_4} \) வீழ்படிவை உருவாக்குகின்றன.

\[ \mathrm{Pb^{2+}(aq) + SO_4^{2-}(aq)} \rightarrow \mathrm{PbSO_4(s)} \qquad (4) \]

ஒட்டுமொத்த வினை

சமன்பாடு \( (1) + (2) + (3) + (4) \)

\[ \mathrm{Pb(s) + PbO_2(s) + 4H^{+}(aq) + 2SO_4^{2-}(aq)} \rightarrow 2\mathrm{PbSO_4(s) + 2H_2O(l)} \]

ஒற்றைக் கலத்தின் emf சுமார் \( 2\ \mathrm{V} \) ஆகும். வழக்கமாக இத்தகைய ஆறு கலங்கள் 12 வோல்ட்டை உற்பத்தி செய்ய தொடரில் இணைக்கப்படுகின்றன.

கலத்தின் emf \( \mathrm{H_2SO_4} \) இன் செறிவைப் பொறுத்தது. கல வினை \( \mathrm{SO_4}^{2-} \) அயனிகளைப் பயன்படுத்துவதால், \( \mathrm{H_2SO_4} \) இன் செறிவு குறைகிறது. கல ஆற்றல் சுமார் 1.8V ஆக குறையும் போது, கலத்தை மீண்டும் மின்னூட்டம் செய்ய வேண்டும்.

கலத்தின் மீள் மின்னூட்டம்

முன்பு கூறியது போல், மின்முனைகளுக்கு இடையில் \( 2\ \mathrm{V} \) விட அதிகமான மின்னழுத்தம் பயன்படுத்தப்படும்போது, இறக்கும் செயல்முறையின் போது நிகழும் கல வினைகள் தலைகீழாக்கப்படுகின்றன. மீள் மின்னூட்ட செயல்முறையின் போது, நேர்மின்முனை மற்றும் எதிர்மின்முனையின் பங்கு தலைகீழாக மாறுகிறது மற்றும் \( \mathrm{H_2SO_4} \) மீண்டும் உருவாக்கப்படுகிறது.

ஆக்சிஜனேற்றம் எதிர்மின்முனையில் நிகழ்கிறது (இப்போது நேர்மின்முனையாக செயல்படுகிறது)

\[ \mathrm{PbSO_4(s) + 2H_2O(l)} \rightarrow \mathrm{PbO_2(s) + 4H^{+}(aq) + SO_4^{2-}(aq) + 2e^{-}} \]

ஒடுக்கம் நேர்மின்முனையில் நிகழ்கிறது (இப்போது எதிர்மின்முனையாக செயல்படுகிறது)

\[ \mathrm{PbSO_4(s) + 2e^{-}} \rightarrow \mathrm{Pb(s) + SO_4^{2-}(aq)} \]

ஒட்டுமொத்த வினை

\[ 2\mathrm{PbSO_4(s) + 2H_2O(l)} \rightarrow \mathrm{Pb(s) + PbO_2(s) + 4H^{+}(aq) + 2SO_4^{2-}(aq)} \]

எனவே, ஒட்டுமொத்த கல வினையானது இறக்கும் போது நிகழும் ரெடாக்ஸ் வினையின் தலைகீழ் ஆகும்.

பயன்பாடுகள்: வாகனங்கள், ரயில்கள், இன்வெர்ட்டர்கள் போன்றவற்றில் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

லித்தியம்-அயன் மின்கலம்

நேர்மின்முனை: நுண்துளை கிராஃபைட்
எதிர்மின்முனை: \( \mathrm{CoO_2} \) போன்ற இடைநிலை உலோக ஆக்சைடு
மின்பகுளி: ஒரு கரிமக் கரைப்பானில் லித்தியம் உப்பு

இறக்கும் போது: \( \mathrm{LiCoO_2 + 6C \rightarrow Li_{1-x}CoO_2 + Li_xC_6} \)

படம் 9.12 லித்தியம்-அயன் மின்கலம்

எரிபொருள் மின்கலங்கள்

ஒரு எரிபொருள் மின்கலம் என்பது ஒரு எரிபொருளின் வேதி ஆற்றலை நேரடியாக மின் ஆற்றலாக மாற்றும் ஒரு சாதனமாகும். இது ஒரு மின்கலத்தைப் போன்றது, ஆனால் வினைபடுபொருட்கள் கலத்தில் அடங்கியிருக்காமல் வெளிப்புற மூலத்திலிருந்து வழங்கப்படுகின்றன என்பதில் இதிலிருந்து வேறுபடுகிறது. எதிர்காலத்தில் மின் வாகனங்களுக்கு சக்தி அளிக்கும் என்று எதிர்பார்க்கப்படுகிறது.

ஹைட்ரஜன் - ஆக்சிஜன் எரிபொருள் மின்கலத்தைக் கருத்தில் கொண்டு ஒரு எரிபொருள் மின்கலத்தின் மின்வேதியியலைப் புரிந்துகொள்வோம். இந்த வழக்கில், ஹைட்ரஜன் ஒரு எரிபொருளாகவும், ஆக்சிஜன் ஒரு ஆக்சிஜனேற்றியாகவும் செயல்படுகிறது, மேலும் மின்பகுளி \( 200^{\circ}\mathrm{C} \) மற்றும் \( 20-40\ \mathrm{atm} \) இல் பராமரிக்கப்படும் நீரிய KOH ஆகும். Ni மற்றும் NiO கொண்ட நுண்துளை கிராஃபைட் மின்முனை செயலற்ற மின்முனைகளாக செயல்படுகிறது.

ஹைட்ரஜன் மற்றும் ஆக்சிஜன் வாயுக்கள் முறையே நேர்மின்முனை மற்றும் எதிர்மின்முனை வழியாக குமிழியிடப்படுகின்றன.

நேர்மின்முனையில் ஆக்சிஜனேற்றம்:

\[ 2\mathrm{H_2(g) + 4OH^{-}(aq)} \rightarrow 4\mathrm{H_2O(l) + 4e^{-}} \]

எதிர்மின்முனையில் ஒடுக்கம்:

\[ \mathrm{O_2(g) + 2H_2O(l) + 4e^{-}} \rightarrow 4\mathrm{OH^{-}(aq)} \]

ஒட்டுமொத்த வினை

\[ 2\mathrm{H_2(g) + O_2(g)} \rightarrow 2\mathrm{H_2O(l)} \]

மேற்கண்ட வினையானது ஹைட்ரஜன் எரிப்பு வினையைப் போன்றதே, இருப்பினும், அவை நேரடியாக வினைபுரிவதில்லை, அதாவது ஆக்சிஜனேற்றம் மற்றும் ஒடுக்க வினைகள் முறையே நேர்மின்முனை மற்றும் எதிர்மின்முனையில் தனித்தனியாக நிகழ்கின்றன. \( \mathrm{H_2-O_2} \) எரிபொருள் மின்கலத்தைப் போலவே, புரோப்பேன்-\( \mathrm{O_2} \) மற்றும் மீத்தேன்-\( \mathrm{O_2} \) போன்ற பிற எரிபொருள் மின்கலங்களும் உருவாக்கப்பட்டுள்ளன.

9.8 அரிப்பு

இரும்புத் துருப்பிடித்தலை நாம் நன்கு அறிந்திருக்கிறோம். செம்பு மற்றும் பித்தளை பாத்திரங்களில் உருவாகும் ஒரு பச்சைப் படலத்தை நீங்கள் எப்போதாவது கவனித்திருக்கிறீர்களா? இரண்டிலும், ஈரப்பதம் முன்னிலையில் ஆக்சிஜனால் உலோகம் ஆக்சிஜனேற்றம் செய்யப்படுகிறது. இந்த ரெடாக்ஸ் செயல்முறை உலோகத்தின் சிதைவை ஏற்படுத்துகிறது, இது அரிப்பு எனப்படும். இரும்பின் அரிப்பு நமது கட்டிடங்கள், பாலங்கள் போன்றவற்றுக்கு சேதத்தை ஏற்படுத்துவதால், துருப்பிடித்தலின் வேதியியல் மற்றும் அதை எவ்வாறு தடுப்பது என்பதை அறிவது முக்கியம். இரும்பின் துருப்பிடித்தல் ஒரு மின்வேதியியல் செயல்முறையாகும்.

அரிப்பின் மின்வேதியியல் வழிமுறை

துரு உருவாக்கத்திற்கு ஆக்சிஜன் மற்றும் நீர் இரண்டும் தேவை. இது ஒரு மின்வேதியியல் ரெடாக்ஸ் செயல்முறை என்பதால், இரும்பின் மேற்பரப்பில் வெவ்வேறு இடங்களில் ஒரு நேர்மின்முனை மற்றும் எதிர்மின்முனை தேவைப்படுகிறது. படம் (9.15) இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி இரும்பு மேற்பரப்பு மற்றும் மேற்பரப்பில் ஒரு நீர்த்துளி ஒரு சிறிய கால்வனிக் கலத்தை உருவாக்குகின்றன. நீரால் சூழப்பட்ட பகுதி குறைந்த அளவு ஆக்சிஜனுக்கு வெளிப்படும், மேலும் அது நேர்மின்முனையாக செயல்படுகிறது. மீதமுள்ள பகுதி அதிக அளவு ஆக்சிஜனைக் கொண்டுள்ளது, மேலும் அது எதிர்மின்முனையாக செயல்படுகிறது. எனவே, ஆக்சிஜன் உள்ளடக்கத்தின் அடிப்படையில், ஒரு மின்வேதியியல் கலம் உருவாகிறது. கீழே விவாதிக்கப்பட்டுள்ளபடி அரிப்பு நேர்மின்முனையில், அதாவது நீரால் சூழப்பட்ட பகுதியில் நிகழ்கிறது.

படம் 9.15 இரும்பின் துருப்பிடித்தல்

நேர்மின்முனையில் (ஆக்சிஜனேற்றம்)

\[ 2\mathrm{Fe(s)} \rightarrow 2\mathrm{Fe^{2+}(aq) + 4e^{-}} \qquad E^{\circ} = 0.44\ \mathrm{V} \]

எலக்ட்ரான்கள் இரும்பு உலோகத்தின் வழியாக நேர்மின்முனையிலிருந்து எதிர்மின்முனைப் பகுதிக்கு நகரும், அங்கு நீரில் கரைந்த ஆக்சிஜன், நீராக ஒடுக்கப்படுகிறது.

எதிர்மின்முனையில் (ஒடுக்கம்)

வளிமண்டல கார்பன் டை ஆக்சைட்டின் நீருடனான வினை கார்போனிக் அமிலத்தைக் கொடுக்கிறது, இது ஒடுக்கத்திற்கு தேவையான \( \mathrm{H}^{+} \) அயனிகளை வழங்குகிறது.

\[ \mathrm{O_2(g) + 4H^{+}(aq) + 4e^{-}} \rightarrow 2\mathrm{H_2O(l)} \qquad E^{\circ} = 1.23\ \mathrm{V} \]

மின் சுற்றானது நீர்த்துளி வழியாக அயனிகளின் இடப்பெயர்ச்சியால் நிறைவு செய்யப்படுகிறது.

ஒட்டுமொத்த ரெடாக்ஸ் வினை,

\[ 2\mathrm{Fe(s) + O_2(g) + 4H^{+}(aq)} \rightarrow 2\mathrm{Fe^{2+}(aq) + 2H_2O(l)} \qquad E^{\circ} = 0.44 + 1.23 = 1.67\ \mathrm{V} \]

நேர்மறை emf மதிப்பு வினை தன்னிச்சையானது என்பதைக் குறிக்கிறது.

\( \mathrm{Fe}^{2+} \) அயனிகள் மேலும் \( \mathrm{Fe}^{3+} \) ஆக ஆக்சிஜனேற்றம் செய்யப்படுகின்றன, அவை ஆக்சிஜனுடன் மேலும் வினைபுரிந்து துருவை உருவாக்குகின்றன.

\[ 4\mathrm{Fe}^{2+}(aq) + \mathrm{O}_2(aq) + 4\mathrm{H}^{+}(aq) \rightarrow 4\mathrm{Fe}^{3+}(aq) + 2\mathrm{H}_2\mathrm{O}(l) \]\[ 2\mathrm{Fe}^{3+}(aq) + 4\mathrm{H}_2\mathrm{O}(l) \rightarrow \mathrm{Fe}_2\mathrm{O}_3.\mathrm{H}_2\mathrm{O}(s) + 6\mathrm{H}^{+}(aq) \]

அலுமினியம், செம்பு மற்றும் வெள்ளி போன்ற பிற உலோகங்களும் அரிப்புக்கு உட்படுகின்றன, ஆனால் இரும்பை விட மெதுவான வீதத்தில். எடுத்துக்காட்டாக, அலுமினியத்தின் ஆக்சிஜனேற்றத்தைக் கருத்தில் கொள்வோம்,

\[ \mathrm{Al(s)} \rightarrow \mathrm{Al}^{3+}(aq) + 3e^{-} \]

\( \mathrm{Al}^{3+} \) காற்றில் உள்ள ஆக்சிஜனுடன் வினைபுரிந்து \( \mathrm{Al}_2\mathrm{O}_3 \) இன் ஒரு பாதுகாப்புப் படலத்தை உருவாக்குகிறது. இந்தப் படலம் உள் மேற்பரப்பிற்கு ஒரு பாதுகாப்புப் படலமாக செயல்படுகிறது. எனவே, மேலும் அரிப்பு தடுக்கப்படுகிறது.

அரிப்பிலிருந்து உலோகங்களைப் பாதுகாத்தல்

இது பின்வரும் முறைகளால் அடையப்படலாம்.

i. வண்ணப்பூச்சினால் உலோக மேற்பரப்பைப் பூசுதல். ii. கால்வனைசிங் - துத்தநாகம் போன்ற மற்றொரு உலோகத்துடன் பூசுதல். துத்தநாகம் இரும்பை விட ஒரு வலிமையான ஒடுக்கும் முகவர், எனவே இது இரும்பை விட எளிதாக அரிக்கப்படலாம். அதாவது, இரும்பிற்குப் பதிலாக, துத்தநாகம் ஆக்சிஜனேற்றம் செய்யப்படுகிறது. iii. எதிர்மின்முனைப் பாதுகாப்பு - இந்த நுட்பத்தில், கால்வனைசிங் போலல்லாமல், பாதுகாக்கப்பட வேண்டிய உலோகத்தின் முழு மேற்பரப்பையும் ஒரு பாதுகாப்பு உலோகத்தால் மூட வேண்டிய அவசியமில்லை. அதற்குப் பதிலாக, இரும்பை விட எளிதில் அரிக்கப்படும் Mg அல்லது துத்தநாகம் போன்ற உலோகங்கள் ஒரு தியாக நேர்மின்முனையாகப் பயன்படுத்தப்படலாம், மேலும் இரும்புப் பொருள் எதிர்மின்முனையாக செயல்படுகிறது. எனவே இரும்பு பாதுகாக்கப்படுகிறது, ஆனால் Mg அல்லது Zn அரிக்கப்படுகிறது. iv. செயலிழப்பாக்கம் - உலோகம் செறிவூட்டப்பட்ட \( \mathrm{HNO}_3 \) போன்ற வலுவான ஆக்சிஜனேற்றும் முகவர்களுடன் சிகிச்சையளிக்கப்படுகிறது. இதன் விளைவாக, உலோகத்தின் மேற்பரப்பில் ஒரு பாதுகாப்பு ஆக்சைடு அடுக்கு உருவாகிறது. v. கலவை உருவாக்கம் - இரும்பின் ஆக்சிஜனேற்ற போக்கை மற்ற அதிக நேர்மின்முனை உலோகங்களுடன் அதன் கலவையை உருவாக்குவதன் மூலம் குறைக்கலாம். எடுத்துக்காட்டு, துருப்பிடிக்காத எஃகு - Fe மற்றும் Cr இன் கலவை.

மின்வேதியியல் தொடர்

திட்ட ஹைட்ரஜன் மின்முனையைப் பயன்படுத்தி திட்ட ஒற்றை மின்முனை ஆற்றல்கள் அளவிடப்படுகின்றன என்பதை நாம் ஏற்கனவே கற்றுக்கொண்டோம். பல்வேறு உலோகம்-உலோக அயனி மின்முனைகளுக்கான திட்ட மின்முனை ஆற்றல் \( 298\ \mathrm{K} \) இல் அவற்றின் திட்ட ஒடுக்க ஆற்றல் மதிப்புகளின் இறங்கு வரிசையில் படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளபடி அமைக்கப்பட்டுள்ளது.

இந்தத் தொடர் மின்வேதியியல் தொடர் எனப்படும்.

திட்ட ஒடுக்க ஆற்றல் \( (E^{\circ}) \) என்பது பரவலினத்தின் ஆக்சிஜனேற்ற போக்கின் ஒரு அளவாகும். \( E^{\circ} \) மதிப்பு அதிகமாக இருந்தால், எலக்ட்ரான்களை ஏற்றுக்கொண்டு ஒடுக்கத்திற்கு உட்படும் போக்கு பரவலினத்தால் அதிகம் காட்டப்படுகிறது. எனவே அதிக \( (E^{\circ}) \) மதிப்பு, அரிப்புக்கு உட்படும் போக்கு குறைவாகும்.

மதிப்பீடு

சரியான பதிலைத் தேர்ந்தெடுக்கவும்:

மொத்த மின்னூட்டம் 9650 கூலும் கொண்ட எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை a) \( 6.22 \times 10^{23} \) b) \( 6.022 \times 10^{24} \) c) \( 6.022 \times 10^{22} \) d) \( 6.022 \times 10^{24} \)
பின்வரும் அரை கல வினைகளைக் கருத்தில் கொள்க:
\[ \mathrm{Mn}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \mathrm{Mn} \quad E^{\circ} = -1.18\ \mathrm{V} \]
\[ \mathrm{Mn}^{2+} \rightarrow \mathrm{Mn}^{3+} + e^{-} \quad E^{\circ} = -1.51\ \mathrm{V} \]
\( 3\mathrm{Mn}^{2+} \rightarrow \mathrm{Mn} + 2\mathrm{Mn}^{3+} \) வினைக்கான \( E^{\circ} \), மற்றும் முன்னோக்கு வினையின் சாத்தியம் முறையே a) \( 2.69\ \mathrm{V} \) மற்றும் தன்னிச்சையானது b) \( -2.69\ \mathrm{V} \) மற்றும் தன்னிச்சையற்றது c) \( 0.33\ \mathrm{V} \) மற்றும் தன்னிச்சையானது d) \( 4.18\ \mathrm{V} \) மற்றும் தன்னிச்சையற்றது
கடிகாரங்களில் பயன்படுத்தப்படும் பொத்தான் மின்கலம் பின்வருமாறு செயல்படுகிறது
\[ \mathrm{Zn(s) + Ag_2O(s) + H_2O(l)} \rightleftharpoons 2\mathrm{Ag(s) + Zn^{2+}(aq) + 2OH^{-}(aq)} \]
அரை கல ஆற்றல்கள்
\[ \mathrm{Ag_2O(s) + H_2O(l) + 2e^{-}} \rightarrow 2\mathrm{Ag(s) + 2OH^{-}(aq)} \quad E^{\circ} = 0.34\ \mathrm{V} \]
\[ \mathrm{Zn(s)} \rightarrow \mathrm{Zn^{2+}(aq) + 2e^{-}} \quad E^{\circ} = 0.76\ \mathrm{V} \]
கல ஆற்றல் a) \( 0.84\ \mathrm{V} \) b) \( 1.34\ \mathrm{V} \) c) \( 1.10\ \mathrm{V} \) d) \( 0.42\ \mathrm{V} \)
\( 0.5\ \mathrm{mol\ dm}^{-3} \) \( \mathrm{AgNO_3} \) கரைசலின் மோலார் கடத்துத்திறன், மின்பகுளிக் கடத்துத்திறன் \( 5.76 \times 10^{-3}\ \mathrm{S\ cm}^{-1} \) \( 298\ \mathrm{K} \) இல் a) \( 2.88\ \mathrm{S\ cm}^2 \mathrm{mol}^{-1} \) b) \( 11.52\ \mathrm{S\ cm}^2 \mathrm{mol}^{-1} \) c) \( 0.086\ \mathrm{S\ cm}^2 \mathrm{mol}^{-1} \) d) \( 28.8\ \mathrm{S\ cm}^2 \mathrm{mol}^{-1} \)

மின்பகுளி	KCl	KNO\(_3\)	HCl	NaOAC	NaCl
\( \Lambda \) (S cm\(^2\) mol\(^{-1}\))	149.9	145.0	426.2	91.0	126.5

\( 25^{\circ}\mathrm{C} \) இல் தண்ணீரில் முடிவிலா நீர்த்தலில் மேலே பட்டியலிடப்பட்ட மின்பகுளிகளின் பொருத்தமான மோலார் கடத்துத்திறன்களைப் பயன்படுத்தி \( \Lambda_{\mathrm{HOAC}} \) கணக்கிடுக.

a) 517.2 b) 552.7 c) 390.7 d) 217.5

பாரடே மாறிலி என வரையறுக்கப்படுவது a) 1 எலக்ட்ரானால் கடத்தப்படும் மின்னூட்டம் b) ஒரு மோல் எலக்ட்ரான்களால் கடத்தப்படும் மின்னூட்டம் c) ஒரு மோல் பொருளைப் படிய வைக்கத் தேவையான மின்னூட்டம் d) \( 6.22 \times 10^{10} \) எலக்ட்ரான்களால் கடத்தப்படும் மின்னூட்டம்.
பின்வரும் வினை நிகழ எத்தனை பாரடே மின்சாரம் தேவை \( \mathrm{MnO_4^-} \rightarrow \mathrm{Mn^{2+}} \) a) 5F b) 3F c) 1F d) 7F
\( 3.86\ \mathrm{A} \) மின்னோட்ட வலிமை உருகிய கால்சியம் ஆக்சைடு வழியாக 41 நிமிடங்கள் 40 விநாடிகள் அனுப்பப்பட்டது. எதிர்மின்முனையில் படிய வைக்கப்பட்ட கால்சியத்தின் நிறை கிராமில் (Ca இன் அணு நிறை \( 40\ \mathrm{g/mol} \) மற்றும் \( 1\ \mathrm{F} = 96500\ \mathrm{C} \)) a) 4 b) 2 c) 8 d) 6
உருகிய சோடியம் குளோரைட்டின் மின்பகுப்பின் போது, 3 A மின்னோட்டத்தைப் பயன்படுத்தி 0.1 மோல் குளோரின் வாயுவை உற்பத்தி செய்யத் தேவையான நேரம் a) 55 நிமிடங்கள் b) 107.2 நிமிடங்கள் c) 220 நிமிடங்கள் d) 330 நிமிடங்கள்
60 விநாடிகளில் 1 A மின்னோட்டத்தால் மின்பகுப்பின் போது எதிர்மின்முனையில் வழங்கப்பட்ட எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை (எலக்ட்ரானின் மின்னூட்டம் \( = 1.6 \times 10^{-19}\ \mathrm{C} \)) a) \( 6.22 \times 10^{23} \) b) \( 6.022 \times 10^{20} \) c) \( 3.75 \times 10^{20} \) d) \( 7.48 \times 10^{23} \)
பின்வரும் மின்பகுளிக் கரைசல்களில் எது மிகக் குறைந்த தனிக்கடத்துத்திறனைக் கொண்டுள்ளது a) 2N b) 0.002N c) 0.02N d) 0.2N
ஈயச் சேமிப்பு மின்கலத்தை மின்னூட்டும் போது a) எதிர்மின்முனையில் உள்ள \( \mathrm{PbSO_4} \) ஆனது \( \mathrm{Pb} \) ஆக ஒடுக்கப்படுகிறது b) நேர்மின்முனையில் உள்ள \( \mathrm{PbSO_4} \) ஆனது \( \mathrm{PbO_2} \) ஆக ஆக்சிஜனேற்றம் செய்யப்படுகிறது c) நேர்மின்முனையில் உள்ள \( \mathrm{PbSO_4} \) ஆனது \( \mathrm{Pb} \) ஆக ஒடுக்கப்படுகிறது d) எதிர்மின்முனையில் உள்ள \( \mathrm{PbSO_4} \) ஆனது \( \mathrm{Pb} \) ஆக ஆக்சிஜனேற்றம் செய்யப்படுகிறது
பின்வரும் மின்கலங்களில் I) லெக்லாஞ்சி மின்கலம் II) நிக்கல் - காட்மியம் மின்கலம் III) ஈயச் சேமிப்பு மின்கலம் IV) பாதரச மின்கலம் முதன்மை மின்கலங்கள் a) I மற்றும் IV b) I மற்றும் III c) III மற்றும் IV d) II மற்றும் III
துத்தநாகம் கால்வனைஸ் செய்யப்பட்ட இரும்பை உற்பத்தி செய்ய இரும்பில் பூசப்படலாம், ஆனால் நேர்மாறு சாத்தியமில்லை. ஏனெனில் a) துத்தநாகம் இரும்பை விட இலகுவானது b) துத்தநாகம் இரும்பை விட குறைந்த உருகுநிலையைக் கொண்டுள்ளது c) துத்தநாகம் இரும்பை விட குறைந்த எதிர்மறை மின்முனை ஆற்றலைக் கொண்டுள்ளது d) துத்தநாகம் இரும்பை விட அதிக எதிர்மறை மின்முனை ஆற்றலைக் கொண்டுள்ளது
வலியுறுத்தல்: தூய இரும்பு உலர்ந்த காற்றில் சூடாக்கப்படும் போது துருவின் ஒரு அடுக்குடன் மாற்றப்படுகிறது. காரணம்: துரு \( \mathrm{Fe_3O_4} \) கலவையைக் கொண்டுள்ளது a) வலியுறுத்தல் மற்றும் காரணம் இரண்டும் உண்மை மற்றும் காரணம் வலியுறுத்தலின் சரியான விளக்கமாகும். b) வலியுறுத்தல் மற்றும் காரணம் இரண்டும் உண்மை ஆனால் காரணம் வலியுறுத்தலின் சரியான விளக்கமல்ல. c) வலியுறுத்தல் உண்மை ஆனால் காரணம் தவறானது. d) வலியுறுத்தல் மற்றும் காரணம் இரண்டும் தவறானவை.
\( \mathrm{H_2-O_2} \) எரிபொருள் மின்கலத்தில் எதிர்மின்முனையில் நிகழும் வினை a) \( \mathrm{O_2(g) + 2H_2O(l) + 4e^{-}} \rightarrow 4\mathrm{OH^{-}(aq)} \) b) \( \mathrm{H^{+}(aq) + OH^{-}(aq)} \rightarrow \mathrm{H_2O(l)} \) c) \( 2\mathrm{H_2(g) + O_2(g)} \rightarrow 2\mathrm{H_2O(g)} \) d) \( \mathrm{H^{+} + e^{-}} \rightarrow \frac{1}{2}\mathrm{H_2} \)
ஒரு வலுவிலா மோனோபாசிக் அமிலத்தின் \( \frac{M}{36} \) கரைசலின் சமான கடத்துத்திறன் \( 6\ \mathrm{mho\ cm}^2 \text{ சமான}^{-1} \) மற்றும் முடிவிலா நீர்த்தலில் \( 400\ \mathrm{mho\ cm}^2 \text{ சமான}^{-1} \). இந்த அமிலத்தின் பிரிதல் மாறிலி a) \( 1.25 \times 10^{-6} \) b) \( 6.25 \times 10^{-6} \) c) \( 1.25 \times 10^{-4} \) d) \( 6.25 \times 10^{-5} \)
ஒரு கடத்துத்திறன் கலம் \( 0.01\ \mathrm{M} \), 1:1 மின்பகுளிக் கரைசலுடன் (தனிக்கடத்துத்திறன் \( (\kappa = 1.25 \times 10^{-3}\ \mathrm{S\ cm}^{-1}) \) கலத்தில் அளவீடு செய்யப்பட்டுள்ளது மற்றும் அளவிடப்பட்ட தடை \( 800\ \Omega \) \( 25^{\circ}\mathrm{C} \) இல். கல மாறிலி, a) \( 10^{-1}\ \mathrm{cm}^{-1} \) b) \( 10^{1}\ \mathrm{cm}^{-1} \) c) \( 1\ \mathrm{cm}^{-1} \) d) \( 5.7 \times 10^{-12} \)
298K இல் ஒரு கரையாத உப்பு AB (1:1 மின்பகுளி) இன் நிறைவுற்ற கரைசலின் கடத்துத்திறன் \( 1.85 \times 10^{-5}\ \mathrm{S\ m}^{-1} \). \( 298\ \mathrm{K} \) இல் உப்பு AB இன் கரைதிறன் பெருக்கம் \( (\Lambda_{\mathrm{m}}^{\circ})_{\mathrm{AB}} = 14 \times 10^{-3}\ \mathrm{S\ m}^2 \mathrm{mol}^{-1} \) a) \( 5.7 \times 10^{-12} \) b) \( 1.32 \times 10^{-12} \) c) \( 7.5 \times 10^{-12} \) d) \( 1.74 \times 10^{-12} \)
மின்வேதியியல் கலத்தில்: \( \mathrm{Zn | ZnSO_4 (0.01M) || CuSO_4 (1.0M) | Cu} \), இந்த டேனியல் கலத்தின் emf \( E_1 \) ஆகும். \( \mathrm{ZnSO_4} \) இன் செறிவு \( 1.0\ \mathrm{M} \) ஆகவும், \( \mathrm{CuSO_4} \) இன் செறிவு \( 0.01\ \mathrm{M} \) ஆகவும் மாற்றப்படும்போது, emf \( E_2 \) ஆக மாறுகிறது. மேற்கண்டவற்றிலிருந்து, \( E_1 \) மற்றும் \( E_2 \) க்கு இடையிலான உறவு எது? a) \( E_1 < E_2 \) b) \( E_1 > E_2 \) c) \( E_2 \geq E_1 \) d) \( E_1 = E_2 \)
கீழே உள்ள வரைபடத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளபடி வெவ்வேறு emf மதிப்புகளுடன் தொடர்புடைய புரோமினின் ஆக்சிஜனேற்ற நிலையில் ஏற்படும் மாற்றத்தைக் கருத்தில் கொள்க:
\[ \mathrm{BrO_4^{-}} \xrightarrow{1.82\ \mathrm{V}} \mathrm{BrO_3^{-}} \xrightarrow{1.5\ \mathrm{V}} \mathrm{HBrO} \xrightarrow{1.595\ \mathrm{V}} \mathrm{Br_2} \xrightarrow{1.0652\ \mathrm{V}} \mathrm{Br^{-}} \]
சம விகிதச் சிதைவுக்கு உட்படும் பரவலினம் a) \( \mathrm{Br_2} \) b) \( \mathrm{BrO_4^{-}} \) c) \( \mathrm{BrO_3^{-}} \) d) \( \mathrm{HBrO} \)
கல வினைக்கு
\[ 2\mathrm{Fe}^{3+}(aq) + 2\mathrm{I}^{-}(aq) \rightarrow 2\mathrm{Fe}^{2+}(aq) + \mathrm{I}_2(aq) \]
\( E_{\text{cell}}^{\circ} = 0.24\ \mathrm{V} \) \( 298\ \mathrm{K} \) இல். கல வினையின் திட்ட கிப்ஸ் ஆற்றல் \( (\Delta G^{\circ}) \): a) \( -46.32\ \mathrm{kJ\ mol^{-1}} \) b) \( -23.16\ \mathrm{kJ\ mol^{-1}} \) c) \( 46.32\ \mathrm{kJ\ mol^{-1}} \) d) \( 23.16\ \mathrm{kJ\ mol^{-1}} \)
ஒரு குறிப்பிட்ட மின்னோட்டம் 2 மணி நேரத்தில் \( 0.504\ \mathrm{g} \) ஹைட்ரஜனை விடுவித்தது. செப்பு சல்பேட் கரைசல் வழியாக அதே நேரத்தில் அதே மின்னோட்டம் பாயும் போது எத்தனை கிராம் செம்பு விடுவிக்கப்படும் a) 31.75 b) 15.8 c) 7.5 d) 63.5
1 atm இல் ஒரு வாயு X, \( 1\ \mathrm{M}\ Y^{-} \) மற்றும் \( 1\ \mathrm{M}\ Z^{-} \) கலவையைக் கொண்ட ஒரு கரைசல் வழியாக \( 25^{\circ}\mathrm{C} \) இல் குமிழியிடப்படுகிறது. \( Z > Y > X \) இன் ஒடுக்க ஆற்றல் எனில், a) Y ஆனது X ஐ ஆக்சிஜனேற்றம் செய்யும் மற்றும் Z ஐ அல்ல b) Y ஆனது Z ஐ ஆக்சிஜனேற்றம் செய்யும் மற்றும் X ஐ அல்ல c) Y ஆனது X மற்றும் Z இரண்டையும் ஒடுக்கும் d) Y ஆனது X மற்றும் Z இரண்டையும் ஒடுக்கும்
கலச் சமன்பாடு: \( \mathrm{A}^{2+} + 2\mathrm{B}^{-} \rightarrow \mathrm{A} + 2\mathrm{B} \) \( \mathrm{A}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \mathrm{A} \quad E^{\circ} = +0.34\ \mathrm{V} \) மற்றும் கல வினைகளுக்கு \( 300\ \mathrm{K} \) இல் \( \log_{10} K = 15.6 \) எனில் \( \mathrm{B}^{+} + e^{-} \rightarrow \mathrm{B} \) க்கு \( E^{\circ} \) கண்டுபிடிக்கவும் (AIIMS - 2018) a) 0.80 b) 1.26 c) -0.54 d) -10.94

சிறு விடைக் கேள்விகள்

நேர்மின்முனை மற்றும் எதிர்மின்முனையை வரையறுக்கவும்.
கரைசலின் நீர்த்தலில் கரைசலின் கடத்துத்திறன் ஏன் குறைகிறது?
Kohlrausch விதியைக் கூறுக. முடிவிலா நீர்த்தலில் வலுவிலா மின்பகுளியின் மோலார் கடத்துத்திறனைத் தீர்மானிக்க இது எவ்வாறு பயனுள்ளதாக இருக்கும்?
செயலற்ற மின்முனைகளைப் பயன்படுத்தி உருகிய NaCl இன் மின்பகுப்பை விவரிக்கவும்.
பாரடேயின் மின்பகுப்பு விதிகளைக் கூறுக.
டேனியல் கலத்தின் கட்டமைப்பை விவரிக்கவும். கல வினையை எழுதுக.
கால்வனிக் கலத்தில் நேர்மின்முனை எதிர்மறையாகவும், எதிர்மின்முனை நேர்மறையாகவும் ஏன் கருதப்படுகிறது?
298 K இல் 1:1 வலுவிலா மின்பகுளியின் 0.01M கரைசலின் கடத்துத்திறன் \( 1.5 \times 10^{-4}\ \mathrm{S\ cm}^{-1} \) ஆகும். கணக்கிடுக i) கரைசலின் மோலார் கடத்துத்திறன் ii) வலுவிலா மின்பகுளியின் பிரிதல் அளவு மற்றும் பிரிதல் மாறிலி கொடுக்கப்பட்டுள்ளது \( \lambda_{\text{cation}} = 248.2\ \mathrm{S\ cm}^2 \mathrm{mol}^{-1} \), \( \lambda_{\text{anion}} = 51.8\ \mathrm{S\ cm}^2 \mathrm{mol}^{-1} \)
0.1M HCl மற்றும் 0.1 M KCl ஆகியவற்றில் எது அதிக \( \Lambda_{\mathrm{m}} \) கொண்டிருக்கும் என்று எதிர்பார்க்கப்படுகிறது மற்றும் ஏன்?
பின்வரும் கரைசல்களை தனிக்கடத்துத்திறனின் இறங்கு வரிசையில் அமைக்கவும். i) 0.01M KCl ii) 0.005M KCl iii) 0.1M KCl iv) 0.25 M KCl v) 0.5 M KCl
மின்பகுளிக் கடத்துத்திறனை அளவிடுவதில் DC க்குப் பதிலாக ஏன் AC மின்னோட்டம் பயன்படுத்தப்படுகிறது?
0.1M NaCl கரைசல் கல மாறிலிகள் முறையே 0.5 மற்றும் \( 0.25\ \mathrm{cm}^{-1} \) கொண்ட இரண்டு வெவ்வேறு கலங்களில் வைக்கப்படுகிறது. அவற்றில் எது அதிக தனிக்கடத்துத்திறன் மதிப்பைக் கொண்டிருக்கும்?
1.608A மின்னோட்டம் 50 நிமிடங்களுக்கு 250 mL 0.5M செப்பு சல்பேட் கரைசல் வழியாக அனுப்பப்படுகிறது. கன அளவு மாறிலி மற்றும் மின்னோட்டத் திறன் \( 100\% \) எனக் கருதி, மின்பகுப்பிற்குப் பிறகு \( \mathrm{Cu}^{2+} \) இன் வலிமையைக் கணக்கிடுக.
திட்ட நிலைமைகளின் கீழ் \( \mathrm{Fe}^{3+} \) புரோமைடை புரோமினாக ஆக்சிஜனேற்றம் செய்ய முடியுமா? கொடுக்கப்பட்டுள்ளது: \( E_{\mathrm{Fe}^{3+}|\mathrm{Fe}^{2+}} = 0.771\ \mathrm{V} \), \( E_{\mathrm{Br}_2|\mathrm{Br}^{-}} = 1.09\ \mathrm{V} \).
செப்பு சல்பேட்டை நீண்ட நேரம் ஒரு இரும்புப் பாத்திரத்தில் சேமிப்பது சாத்தியமா? கொடுக்கப்பட்டுள்ளது: \( E_{\mathrm{Cu}^{2+}|\mathrm{Cu}} = 0.34\ \mathrm{V} \) மற்றும் \( E_{\mathrm{Fe}^{2+}|\mathrm{Fe}} = -0.44\ \mathrm{V} \).
\( M_1 \) மற்றும் \( M_2 \) என்ற இரண்டு உலோகங்கள் முறையே -xV மற்றும் +yV ஒடுக்க ஆற்றல் மதிப்புகளைக் கொண்டுள்ளன. \( H_2SO_4 \) இலிருந்து \( H_2 \) ஐ எது விடுவிக்கும்?
\( M_1 \) மற்றும் \( M_2 \) என்ற இரண்டு உலோகங்களின் ஒடுக்க ஆற்றல்கள் \( E_{M_1^{2+}|M_1} = -2.3\ \mathrm{V} \) மற்றும் \( E_{M_2^{2+}|M_2} = 0.2\ \mathrm{V} \). இரும்பின் மேற்பரப்பைப் பூசுவதற்கு எது சிறந்தது என்று கணிக்கவும். கொடுக்கப்பட்டுள்ளது: \( E_{\mathrm{Fe}^{2+}|\mathrm{Fe}} = -0.44\ \mathrm{V} \).
கலத்தின் திட்ட emf ஐக் கணக்கிடுக: \( \mathrm{Cd} | \mathrm{Cd}^{2+} || \mathrm{Cu}^{2+} | \mathrm{Cu} \) மற்றும் கல வினையைத் தீர்மானிக்கவும். \( \mathrm{Cu}^{2+}|\mathrm{Cu} \) மற்றும் \( \mathrm{Cd}^{2+}|\mathrm{Cd} \) இன் திட்ட ஒடுக்க ஆற்றல்கள் முறையே \( 0.34\ \mathrm{V} \) மற்றும் \( -0.40\ \mathrm{V} \) ஆகும். கல வினையின் சாத்தியத்தைக் கணிக்கவும்.
எரிபொருள் மின்கலத்தில் \( H_2 \) மற்றும் \( O_2 \) மின்சாரத்தை உற்பத்தி செய்ய வினைபுரிகின்றன. இந்த செயல்பாட்டில், \( H_2 \) வாயு நேர்மின்முனையில் ஆக்சிஜனேற்றம் செய்யப்படுகிறது மற்றும் \( O_2 \) வாயு எதிர்மின்முனையில் ஒடுக்கப்படுகிறது. \( 25^{\circ}\mathrm{C} \) மற்றும் 1 atm அழுத்தத்தில் 44.8 லிட்டர் \( H_2 \) 10 நிமிடங்களில் வினைபுரிந்தால், உற்பத்தி செய்யப்படும் சராசரி மின்னோட்டம் என்ன? முழு மின்னோட்டமும் \( \mathrm{Cu}^{2+} \) இலிருந்து Cu இன் மின் படிவாக்கத்திற்குப் பயன்படுத்தப்பட்டால், எத்தனை கிராம் Cu படிய வைக்கப்படும்?
அதே அளவு மின்சாரம் நிக்கல் நைட்ரேட் மற்றும் குரோமியம் நைட்ரேட் ஆகியவற்றின் கரைசல்களைக் கொண்ட இரண்டு தனித்தனி மின்பகுப்புக் கலங்கள் வழியாக அனுப்பப்பட்டது. முதல் கலத்தில் 2.935 g Ni படிய வைக்கப்பட்டால், மற்றொரு கலத்தில் படிய வைக்கப்பட்ட Cr இன் அளவைக் கண்டுபிடிக்கவும். கொடுக்கப்பட்டுள்ளது: நிக்கல் மற்றும் குரோமியத்தின் மோலார் நிறை முறையே 58.74 மற்றும் \( 52\ \mathrm{g\ mol^{-1}} \).
ஒரு செப்பு மின்முனை \( 25^{\circ}\mathrm{C} \) இல் 0.1 M செப்பு சல்பேட் கரைசலில் மூழ்கியுள்ளது. செம்பின் மின்முனை ஆற்றலைக் கணக்கிடுக. [கொடுக்கப்பட்டுள்ளது: \( E_{\mathrm{Cu}^{2+}|\mathrm{Cu}}^{\circ} = 0.34\ \mathrm{V} \)].
கலத்திற்கு \( \mathrm{Mg(s) | Mg^{2+}(aq) || Ag^{+}(aq) | Ag(s)} \), \( 25^{\circ}\mathrm{C} \) இல் சமநிலை மாறிலியையும், கலத்தின் செயல்பாட்டின் போது பெறக்கூடிய அதிகபட்ச வேலையையும் கணக்கிடுக. கொடுக்கப்பட்டுள்ளது: \( E_{\mathrm{Mg}^{2+}|\mathrm{Mg}}^{\circ} = -2.37\ \mathrm{V} \) மற்றும் \( E_{\mathrm{Ag}^{+}|\mathrm{Ag}}^{\circ} = 0.80\ \mathrm{V} \).
ஒரு ஏரியில் \( 9.2 \times 10^{12} \) லிட்டர் தண்ணீர் உள்ளது. ஏரியில் உள்ள நீரின் மின்பகுப்பைப் பயன்படுத்தி ஒரு மின் உலை, பொருத்தமான மின்னழுத்தத்தில் \( 2 \times 10^{6}\ \mathrm{C\ s^{-1}} \) என்ற வீதத்தில் மின்சாரத்தை உற்பத்தி செய்கிறது. ஏரியில் உள்ள நீரை முழுமையாக மின்பகுப்பு செய்ய எத்தனை ஆண்டுகள் ஆகும்? மின்பகுப்பைத் தவிர வேறு காரணங்களால் நீர் இழப்பு இல்லை என்று கருதுக.
Nernst சமன்பாட்டிற்கான ஒரு கோவையைப் பெறுக.
தியாகப் பாதுகாப்பு பற்றி ஒரு குறிப்பு எழுதுக.
\( H_2 - O_2 \) எரிபொருள் மின்கலத்தின் செயல்பாட்டை விளக்குக.
\( \mathrm{Al}^{3+} \) மற்றும் \( \mathrm{SO}_4^{2-} \) இன் முடிவிலா நீர்த்தலில் அயனிக் கடத்துத்திறன்கள் முறையே 189 மற்றும் \( 160\ \mathrm{mho\ cm}^2 \text{ சமான}^{-1} \). முடிவிலா நீர்த்தலில் மின்பகுளி \( \mathrm{Al}_2(\mathrm{SO}_4)_3 \) இன் சமான மற்றும் மோலார் கடத்துத்திறனைக் கணக்கிடுக.