विद्युतरासायनिक विभव

वैद्युतरसायन में, μ, विद्युत रासायनिक क्षमता (ईसीपी), μ, ऊष्मागतिकी उपाय है जो स्थिरवैद्युतिकी के ऊर्जा योगदान को नहीं छोड़ता है। J/मोल (यूनिट) की इकाई में विद्युत रासायनिक क्षमता व्यक्त की जाती है।

परिचय

प्रत्येक रासायनिक प्रजाति (उदाहरण के लिए, पानी के अणु, सोडियम आयन, इलेक्ट्रॉन, आदि) में अंतरिक्ष में किसी दिए गए बिंदु पर एक विद्युत रासायनिक क्षमता (ऊर्जा की इकाइयों के साथ एक मात्रा) होती है, जो दर्शाती है कि यह कितना आसान या कठिन है उस प्रजाति को उस स्थान पर जोड़ना। यदि संभव हो, तो एक प्रजाति उच्च विद्युत रासायनिक क्षमता वाले क्षेत्रों से कम विद्युत रासायनिक क्षमता वाले क्षेत्रों में जाएगी; संतुलन में, विद्युत रासायनिक क्षमता प्रत्येक प्रजाति के लिए हर जगह स्थिर होगी (विभिन्न प्रजातियों 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 बेतरतीब 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 क्षमता" होती है, जो उच्च-सांद्रता वाले क्षेत्रों में अधिक होती है, और अणु अपनी रासायनिक क्षमता को कम करने के लिए आगे बढ़ते हैं। इन दो उदाहरणों से पता चलता है कि विद्युत क्षमता और रासायनिक क्षमता दोनों एक ही परिणाम दे सकते हैं। रासायनिक प्रजातियों का पुनर्वितरण क्षमता, विद्युत रासायनिक क्षमता 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 प्रजाति (उदाहरण के लिए, एक विलेय अणु) के लिए समान विद्युत रासायनिक क्षमता है या नहीं: प्रजातियों 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 प्रजाति को जाने देती है)। यदि दो क्षेत्रों में रासायनिक क्षमता समान है, तो प्रजातियाँ 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 क्षमता भिन्न होती है, तो अधिक अणु दूसरी दिशा की तुलना में कम रासायनिक क्षमता 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

See also: फर्मी स्तर

वैद्युतरसायन और ठोस अवस्था भौतिक विज्ञान में रासायनिक क्षमता और इलेक्ट्रॉनों की विद्युत रासायनिक क्षमता दोनों पर चर्चा करना आम बात है। हालाँकि, दो क्षेत्रों में, इन दो शब्दों की परिभाषाएँ कभी-कभी बदली जाती हैं। वैद्युतरसायन में, इलेक्ट्रॉनों (या किसी अन्य प्रजाति) की विद्युत रासायनिक क्षमता कुल क्षमता है, जिसमें (आंतरिक, गैर-विद्युत) रासायनिक क्षमता और विद्युत क्षमता दोनों सम्मिलित हैं, और परिभाषा के अनुसार संतुलन में एक चाल पर स्थिर है, जबकि रासायनिक क्षमता की इलेक्ट्रॉन प्रति इलेक्ट्रॉन विद्युत रासायनिक क्षमता ऋण स्थानीय विद्युत संभावित ऊर्जा के बराबर है। ठोस-अवस्था भौतिकी में, परिभाषाएँ सामान्यतः इसके साथ संगत होती हैं, लेकिन कभी कभी परिभाषाओं की अदला-बदली की जाती है।

यह लेख वैद्युतरसायन परिभाषाओं का उपयोग करता है।

परिभाषा और प्रयोग

सामान्य शब्दों में, विद्युत रासायनिक क्षमता एक आयन के 1 मोल को एक मानक अवस्था से एक निर्दिष्ट सांद्रता और विद्युत क्षमता तक लाने में किया जाने वाला यांत्रिक कार्य है। आईयूपीएसी परिभाषा के अनुसार, यह निर्दिष्ट विद्युत क्षमता पर पदार्थ की आंशिक दाढ़ गिब्स ऊर्जा है, जहां पदार्थ एक निर्दिष्ट चरण में है। विद्युत रासायनिक क्षमता के रूप में व्यक्त किया जा सकता है

$${\bar {\mu }}_{i}=\mu _{i}+z_{i}F\Phi ,$$

जहां

• μ_{i ,} J/मोल में प्रजातियों i की विद्युत रासायनिक क्षमता है,
• μ_{i ,} J/मोल में प्रजातियों की रासायनिक क्षमता है,
• zi आयन i की संयोजकता (आवेश) है, एक विमा रहित पूर्णांक,
• F फैराडे स्थिरांक है, C/मोल में,
• Φ वी में स्थानीय स्थिर वैद्युत् क्षमता है।

एक अनावेशित परमाणु के विशेष मामले में, z_i= 0, और इसलिए μ_i=μi।.

विद्युत-रासायनिक क्षमता 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 क्षमता और झिल्ली क्षमता का योग है।

गलत प्रयोग

विद्युत रासायनिक क्षमता 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, 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 क्षमता 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

बाहरी संबंध

• Electrochemical potential – lecture notes from University of Illinois at Urbana-Champaign