विद्युतरासायनिक विभव: Difference between revisions
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{{Short description|Intensive physical property of substances}} | {{Short description|Intensive physical property of substances}}विद्युत रसायन में, ''{{overline|μ}}, [[रासायनिक क्षमता|विद्युत रासायनिकविभव]] (ईसीपी), ''{{overline|μ}}, [[thermodynamic|ऊष्मागतिकी]] माप है जो स्थिरवैद्युतिकी के ऊर्जा योगदान को नहीं छोड़ता है। J/मोल (यूनिट) की इकाई में विद्युत रासायनिकविभव व्यक्त की जाती है। | ||
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प्रत्येक रासायनिक | प्रत्येक रासायनिक प्रकार (उदाहरण के लिए, पानी के अणु, सोडियम आयन, इलेक्ट्रॉन, आदि) स्थान में किसी दिए गए बिंदु पर एक विद्युत रासायनिक विभव (ऊर्जा की इकाइयों के साथ एक मात्रा) होती है, जो दर्शाती है कि यह कितना आसान या कठिन है उस प्रकार को उस स्थान पर जोड़ना। यदि संभव हो, तो एक प्रकार उच्च विद्युत रासायनिक विभव वाले क्षेत्रों से कम विद्युत रासायनिक विभव वाले क्षेत्रों में जाएगी; संतुलन में, विद्युत रासायनिक विभव प्रत्येक प्रकार के लिए हर जगह स्थिर होगी (विभिन्न प्रकारयों के लिए इसका अलग मूल्य हो सकता है)। उदाहरण के लिए, यदि एक गिलास पानी में सोडियम आयन (Na<sup>+</sup>) समान रूप से घुले हुए हैं , और पानी के पार एक [[विद्युत क्षेत्र]] लगाया जाता है, तो सोडियम आयन विद्युत क्षेत्र द्वारा एक तरफ खींच लिए जाते हैं। हम कहते हैं कि आयनों में [[विद्युत संभावित ऊर्जा]] होती है, और वे अपनी संभावित ऊर्जा को कम करने के लिए आगे बढ़ रहे हैं। इसी तरह, अगर एक गिलास पानी में एक तरफ बहुत अधिक घुली हुई चीनी है और दूसरी तरफ कोई नहीं है, तो प्रत्येक चीनी अणु अव्यवस्थितत ढंग से पानी के चारों ओर फैल जाएगा, जब तक कि हर जगह चीनी की समान मात्रा न हो जाए। हम कहते हैं कि चीनी के अणुओं में एक "रासायनिक विभव " होती है, जो उच्च-सांद्रता वाले क्षेत्रों में अधिक होती है, और अणु अपनी रासायनिक विभव को कम करने के लिए आगे बढ़ते हैं। इन दो उदाहरणों से पता चलता है कि [[विद्युत क्षमता|विद्युत विभव]] और रासायनिक विभव दोनों एक ही परिणाम दे सकते हैं। रासायनिक प्रकारो का पुनर्वितरण विभव , विद्युत रासायनिक विभव में संयोजित करना समझ में आता है, जो दोनों को ध्यान में रखते हुए सीधे शुद्ध पुनर्वितरण दे सकता है। | ||
यह (सिद्धांत रूप में) मापना आसान है कि दो क्षेत्रों (उदाहरण के लिए, पानी के दो गिलास) में एक निश्चित रासायनिक | यह (सिद्धांत रूप में) मापना आसान है कि दो क्षेत्रों (उदाहरण के लिए, पानी के दो गिलास) में एक निश्चित रासायनिक प्रकार (उदाहरण के लिए, एक विलेय अणु) के लिए समान विद्युत रासायनिक विभव है या नहीं प्रकारो को स्वतंत्र रूप से वापस जाने की अनुमति दें और दो क्षेत्रों के बीच आगे (उदाहरण के लिए, उन्हें एक अर्ध-पारगम्य झिल्ली से जोड़ते हैं जो केवल उस प्रकार को जाने देती है)। यदि दो क्षेत्रों में रासायनिक विभव समान है, तो कुछ प्रकार कभी-कभार दो क्षेत्रों के बीच आगे और पीछे चलती हैं, लेकिन औसतन एक दिशा में दूसरी दिशा में उतनी ही गति होती है, और शून्य शुद्ध प्रवासन होता है (यह "विसरित संतुलन" कहा जाता है)। यदि दो क्षेत्रों की रासायनिक विभव भिन्न होती है, तो अधिक अणु दूसरी दिशा की तुलना में कम रासायनिक विभव की ओर बढ़ेंगे। | ||
इसके अतिरिक्त, जब विसारक संतुलन नहीं होता है, यानी जब अणुओं के एक क्षेत्र से दूसरे क्षेत्र में फैलने की प्रवृत्ति होती है, तो प्रत्येक जाल- विसारक अणु द्वारा एक निश्चित मुक्त ऊर्जा जारी की जाती है। यह ऊर्जा, जिसे कभी-कभी दोहन किया जा सकता है (एक साधारण उदाहरण एक [[एकाग्रता सेल]] है), और मुक्त-ऊर्जा प्रति तिल दो क्षेत्रों के बीच विद्युत रासायनिक संभावित अंतर के बराबर है। | इसके अतिरिक्त, जब विसारक संतुलन नहीं होता है, यानी जब अणुओं के एक क्षेत्र से दूसरे क्षेत्र में फैलने की प्रवृत्ति होती है, तो प्रत्येक जाल- विसारक अणु द्वारा एक निश्चित मुक्त ऊर्जा जारी की जाती है। यह ऊर्जा, जिसे कभी-कभी दोहन किया जा सकता है (एक साधारण उदाहरण एक [[एकाग्रता सेल]] है), और मुक्त-ऊर्जा प्रति तिल दो क्षेत्रों के बीच विद्युत रासायनिक संभावित अंतर के बराबर है। | ||
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वैद्युतरसायन और ठोस अवस्था भौतिक विज्ञान में रासायनिक | वैद्युतरसायन और ठोस अवस्था भौतिक विज्ञान में रासायनिक विभव और [[इलेक्ट्रॉन|इलेक्ट्रॉनों]] की विद्युत रासायनिक विभव दोनों पर वर्णन करना सामान्य बात है। हालाँकि, दो क्षेत्रों में, इन दो शब्दों की परिभाषाएँ कभी-कभी बदली जाती हैं। वैद्युतरसायन में, इलेक्ट्रॉनों (या किसी अन्य प्रकार) की विद्युत रासायनिक विभव कुल विभव है, जिसमें (आंतरिक, गैर-विद्युत) रासायनिक विभव और विद्युत विभव दोनों सम्मिलित हैं, और परिभाषा के अनुसार संतुलन में एक चाल पर स्थिर है, जबकि रासायनिक विभव की इलेक्ट्रॉन प्रति इलेक्ट्रॉन विद्युत रासायनिक विभव ऋण स्थानीय विद्युत संभावित ऊर्जा के बराबर है।<ref>{{cite book|title=Electrochemical Methods|author1=Bard|author2=Faulkner|edition=2nd|chapter=Section 2.2.4(a),4-5}}</ref> ठोस-अवस्था भौतिकी में, परिभाषाएँ सामान्यतः इसके साथ संगत होती हैं,<ref>{{cite book|title=Introduction to solid-state theory|first=Otfried|last=Madelung|year=1978|url=https://books.google.com/books?id=yK_J-3_p8_oC&pg=PA198|page=198|isbn=9783540604433}}</ref> लेकिन कभी कभी<ref>{{cite book|title=Solid State Physics|author1=Ashcroft|author2=Mermin|page=593}}</ref> परिभाषाओं की अदला-बदली की जाती है। | ||
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सामान्य शब्दों में, विद्युत रासायनिक | सामान्य शब्दों में, विद्युत रासायनिक विभव एक आयन के 1 मोल को एक मानक अवस्था से एक निर्दिष्ट सांद्रता और विद्युतविभव तक लाने में किया जाने वाला [[यांत्रिक कार्य]] है। [[IUPAC|आईयूपीएसी]] परिभाषा के अनुसार,<ref>{{GoldBookRef|file=E01945|title=Electrochemical potential}}.</ref> यह निर्दिष्ट विद्युतविभव पर पदार्थ की आंशिक दाढ़ [[गिब्स ऊर्जा]] है, जहां पदार्थ एक निर्दिष्ट चरण में है। विद्युत रासायनिक विभव के रूप में व्यक्त किया जा सकता है | ||
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* Φ वी में स्थानीय स्थिर | * Φ वी में स्थानीय स्थिर वैद्युत्विभव है। | ||
एक अनावेशित परमाणु के विशेष मामले में, z<sub>i</sub>= 0, और इसलिए {{overline|μ}}<sub>i</sub>=μi।. | एक अनावेशित परमाणु के विशेष मामले में, z<sub>i</sub>= 0, और इसलिए {{overline|μ}}<sub>i</sub>=μi।. | ||
विद्युत-रासायनिक | विद्युत-रासायनिक विभव जैविक प्रक्रियाओं में महत्वपूर्ण है जिसमें झिल्लियों में आणविक प्रसार, विद्युत-विश्लेषणात्मक रसायन विज्ञान और ईंधन कोशिकाओं जैसे औद्योगिक अनुप्रयोगों में सम्मिलित है। यह [[संभावित ऊर्जा]] के कई विनिमेय रूपों में से एक का प्रतिनिधित्व करता है जिसके माध्यम से ऊर्जा को संरक्षित किया जा सकता है। | ||
कोशिका झिल्लियों में, विद्युत रासायनिक | कोशिका झिल्लियों में, विद्युत रासायनिक विभव और [[झिल्ली क्षमता|झिल्लीविभव]] का योग है। | ||
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विद्युत रासायनिक | विद्युत रासायनिक विभव शब्द का प्रयोग कभी-कभी [[इलेक्ट्रोड क्षमता|इलेक्ट्रोड विभव]] (या तो एक संक्षारक इलेक्ट्रोड, एक गैर-शून्य शुद्ध प्रतिक्रिया या वर्तमान के साथ एक इलेक्ट्रोड, या संतुलन पर एक इलेक्ट्रोड) के अर्थ के लिए किया जाता है। कुछ संदर्भों में, संक्षारक धातुओं की इलेक्ट्रोड विभव को "विद्युत रासायनिक संक्षारण विभव" कहा जाता है,<ref>{{cite thesis|last=Grover |first=D. J. |url=https://dspace.mit.edu/bitstream/handle/1721.1/39772/37471582-MIT.pdf?sequence=2 |title=Modeling water chemistry and electrochemical corrosion potential in boiling water reactors |publisher=[[Massachusetts Institute of Technology]] |date=1996 }}</ref> जिसे अधिकतर ईसीपी के रूप में संक्षिप्त किया जाता है, और "संक्षारण" शब्द को कभी-कभी छोड़ दिया जाता है। इस प्रयोग से संभ्रांति की स्थिति उत्पन्न हो सकती है। दो मात्राओं के अलग-अलग अर्थ और अलग-अलग आयाम हैं: विद्युत रासायनिक विभव का आयाम ऊर्जा प्रति मोल है जबकि इलेक्ट्रोड विभव वोल्टेज (ऊर्जा प्रति आवेश) है। | ||
== यह भी देखें == | == यह भी देखें == | ||
Revision as of 12:17, 14 February 2023
विद्युत रसायन में, μ, विद्युत रासायनिकविभव (ईसीपी), μ, ऊष्मागतिकी माप है जो स्थिरवैद्युतिकी के ऊर्जा योगदान को नहीं छोड़ता है। J/मोल (यूनिट) की इकाई में विद्युत रासायनिकविभव व्यक्त की जाती है।
परिचय
प्रत्येक रासायनिक प्रकार (उदाहरण के लिए, पानी के अणु, सोडियम आयन, इलेक्ट्रॉन, आदि) स्थान में किसी दिए गए बिंदु पर एक विद्युत रासायनिक विभव (ऊर्जा की इकाइयों के साथ एक मात्रा) होती है, जो दर्शाती है कि यह कितना आसान या कठिन है उस प्रकार को उस स्थान पर जोड़ना। यदि संभव हो, तो एक प्रकार उच्च विद्युत रासायनिक विभव वाले क्षेत्रों से कम विद्युत रासायनिक विभव वाले क्षेत्रों में जाएगी; संतुलन में, विद्युत रासायनिक विभव प्रत्येक प्रकार के लिए हर जगह स्थिर होगी (विभिन्न प्रकारयों के लिए इसका अलग मूल्य हो सकता है)। उदाहरण के लिए, यदि एक गिलास पानी में सोडियम आयन (Na+) समान रूप से घुले हुए हैं , और पानी के पार एक विद्युत क्षेत्र लगाया जाता है, तो सोडियम आयन विद्युत क्षेत्र द्वारा एक तरफ खींच लिए जाते हैं। हम कहते हैं कि आयनों में विद्युत संभावित ऊर्जा होती है, और वे अपनी संभावित ऊर्जा को कम करने के लिए आगे बढ़ रहे हैं। इसी तरह, अगर एक गिलास पानी में एक तरफ बहुत अधिक घुली हुई चीनी है और दूसरी तरफ कोई नहीं है, तो प्रत्येक चीनी अणु अव्यवस्थितत ढंग से पानी के चारों ओर फैल जाएगा, जब तक कि हर जगह चीनी की समान मात्रा न हो जाए। हम कहते हैं कि चीनी के अणुओं में एक "रासायनिक विभव " होती है, जो उच्च-सांद्रता वाले क्षेत्रों में अधिक होती है, और अणु अपनी रासायनिक विभव को कम करने के लिए आगे बढ़ते हैं। इन दो उदाहरणों से पता चलता है कि विद्युत विभव और रासायनिक विभव दोनों एक ही परिणाम दे सकते हैं। रासायनिक प्रकारो का पुनर्वितरण विभव , विद्युत रासायनिक विभव में संयोजित करना समझ में आता है, जो दोनों को ध्यान में रखते हुए सीधे शुद्ध पुनर्वितरण दे सकता है।
यह (सिद्धांत रूप में) मापना आसान है कि दो क्षेत्रों (उदाहरण के लिए, पानी के दो गिलास) में एक निश्चित रासायनिक प्रकार (उदाहरण के लिए, एक विलेय अणु) के लिए समान विद्युत रासायनिक विभव है या नहीं प्रकारो को स्वतंत्र रूप से वापस जाने की अनुमति दें और दो क्षेत्रों के बीच आगे (उदाहरण के लिए, उन्हें एक अर्ध-पारगम्य झिल्ली से जोड़ते हैं जो केवल उस प्रकार को जाने देती है)। यदि दो क्षेत्रों में रासायनिक विभव समान है, तो कुछ प्रकार कभी-कभार दो क्षेत्रों के बीच आगे और पीछे चलती हैं, लेकिन औसतन एक दिशा में दूसरी दिशा में उतनी ही गति होती है, और शून्य शुद्ध प्रवासन होता है (यह "विसरित संतुलन" कहा जाता है)। यदि दो क्षेत्रों की रासायनिक विभव भिन्न होती है, तो अधिक अणु दूसरी दिशा की तुलना में कम रासायनिक विभव की ओर बढ़ेंगे।
इसके अतिरिक्त, जब विसारक संतुलन नहीं होता है, यानी जब अणुओं के एक क्षेत्र से दूसरे क्षेत्र में फैलने की प्रवृत्ति होती है, तो प्रत्येक जाल- विसारक अणु द्वारा एक निश्चित मुक्त ऊर्जा जारी की जाती है। यह ऊर्जा, जिसे कभी-कभी दोहन किया जा सकता है (एक साधारण उदाहरण एक एकाग्रता सेल है), और मुक्त-ऊर्जा प्रति तिल दो क्षेत्रों के बीच विद्युत रासायनिक संभावित अंतर के बराबर है।
परस्पर विरोधी शब्दावली
वैद्युतरसायन और ठोस अवस्था भौतिक विज्ञान में रासायनिक विभव और इलेक्ट्रॉनों की विद्युत रासायनिक विभव दोनों पर वर्णन करना सामान्य बात है। हालाँकि, दो क्षेत्रों में, इन दो शब्दों की परिभाषाएँ कभी-कभी बदली जाती हैं। वैद्युतरसायन में, इलेक्ट्रॉनों (या किसी अन्य प्रकार) की विद्युत रासायनिक विभव कुल विभव है, जिसमें (आंतरिक, गैर-विद्युत) रासायनिक विभव और विद्युत विभव दोनों सम्मिलित हैं, और परिभाषा के अनुसार संतुलन में एक चाल पर स्थिर है, जबकि रासायनिक विभव की इलेक्ट्रॉन प्रति इलेक्ट्रॉन विद्युत रासायनिक विभव ऋण स्थानीय विद्युत संभावित ऊर्जा के बराबर है।[1] ठोस-अवस्था भौतिकी में, परिभाषाएँ सामान्यतः इसके साथ संगत होती हैं,[2] लेकिन कभी कभी[3] परिभाषाओं की अदला-बदली की जाती है।
यह लेख वैद्युतरसायन परिभाषाओं का उपयोग करता है।
परिभाषा और प्रयोग
सामान्य शब्दों में, विद्युत रासायनिक विभव एक आयन के 1 मोल को एक मानक अवस्था से एक निर्दिष्ट सांद्रता और विद्युतविभव तक लाने में किया जाने वाला यांत्रिक कार्य है। आईयूपीएसी परिभाषा के अनुसार,[4] यह निर्दिष्ट विद्युतविभव पर पदार्थ की आंशिक दाढ़ गिब्स ऊर्जा है, जहां पदार्थ एक निर्दिष्ट चरण में है। विद्युत रासायनिक विभव के रूप में व्यक्त किया जा सकता है
- μi , J/मोल में प्रकारयों i की विद्युत रासायनिक विभव है,
- μi , J/मोल में प्रकारयों की रासायनिक विभव है,
- zi आयन i की संयोजकता (आवेश) है, एक विमा रहित पूर्णांक,
- F फैराडे स्थिरांक है, C/मोल में,
- Φ वी में स्थानीय स्थिर वैद्युत्विभव है।
एक अनावेशित परमाणु के विशेष मामले में, zi= 0, और इसलिए μi=μi।.
विद्युत-रासायनिक विभव जैविक प्रक्रियाओं में महत्वपूर्ण है जिसमें झिल्लियों में आणविक प्रसार, विद्युत-विश्लेषणात्मक रसायन विज्ञान और ईंधन कोशिकाओं जैसे औद्योगिक अनुप्रयोगों में सम्मिलित है। यह संभावित ऊर्जा के कई विनिमेय रूपों में से एक का प्रतिनिधित्व करता है जिसके माध्यम से ऊर्जा को संरक्षित किया जा सकता है।
कोशिका झिल्लियों में, विद्युत रासायनिक विभव और झिल्लीविभव का योग है।
गलत प्रयोग
विद्युत रासायनिक विभव शब्द का प्रयोग कभी-कभी इलेक्ट्रोड विभव (या तो एक संक्षारक इलेक्ट्रोड, एक गैर-शून्य शुद्ध प्रतिक्रिया या वर्तमान के साथ एक इलेक्ट्रोड, या संतुलन पर एक इलेक्ट्रोड) के अर्थ के लिए किया जाता है। कुछ संदर्भों में, संक्षारक धातुओं की इलेक्ट्रोड विभव को "विद्युत रासायनिक संक्षारण विभव" कहा जाता है,[5] जिसे अधिकतर ईसीपी के रूप में संक्षिप्त किया जाता है, और "संक्षारण" शब्द को कभी-कभी छोड़ दिया जाता है। इस प्रयोग से संभ्रांति की स्थिति उत्पन्न हो सकती है। दो मात्राओं के अलग-अलग अर्थ और अलग-अलग आयाम हैं: विद्युत रासायनिक विभव का आयाम ऊर्जा प्रति मोल है जबकि इलेक्ट्रोड विभव वोल्टेज (ऊर्जा प्रति आवेश) है।
यह भी देखें
- सांद्रता सेल
- विद्युत् रासायनिक प्रवणता
- फर्मी स्तर
- झिल्ली विभव
- नर्नस्ट समीकरण
- प्वासों- बोल्ट्मान समीकरण
- अपचयन विभव
- मानक इलेक्ट्रोड विभव
संदर्भ
- ↑ Bard; Faulkner. "Section 2.2.4(a),4-5". Electrochemical Methods (2nd ed.).
- ↑ Madelung, Otfried (1978). Introduction to solid-state theory. p. 198. ISBN 9783540604433.
- ↑ Ashcroft; Mermin. Solid State Physics. p. 593.
- ↑ IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book") (1997). Online corrected version: (2006–) "Electrochemical potential". doi:10.1351/goldbook.E01945.
- ↑ Grover, D. J. (1996). Modeling water chemistry and electrochemical corrosion potential in boiling water reactors (PDF) (Thesis). Massachusetts Institute of Technology.
बाहरी संबंध
- Electrochemical potential – lecture notes from University of Illinois at Urbana-Champaign
