गैल्वैनिक सेल और विद्युत रासायनिक श्रृंखला

गैल्वैनिक सेल्स, जिन्हें वोल्टाइक सेल्स के रूप में भी जाना जाता है, विद्युत रसायन विज्ञान में रासायनिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करने के लिए उपयोग की जाने वाली उपकरण हैं। यह प्रक्रिया इन सेल्स में घटित होने वाले रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं के माध्यम से होती है। गैल्वैनिक सेल की अवधारणा को समझना मौलिक है कि बैटरियों कैसे काम करती हैं और रासायनिक प्रतिक्रियाओं से बिजली कैसे उत्पन्न हो सकती है।

गैल्वैनिक सेल क्या है?

एक गैल्वैनिक सेल दो अलग-अलग धातुओं से बना होता है जो एक साल्ट ब्रिज या प्रवेशनीय झिल्ली द्वारा जुड़े होते हैं। प्रत्येक धातु एक इलेक्ट्रोलाइट घोल में डूबी होती है। दो धातुओं या इलेक्ट्रोड्स की इलेक्ट्रॉन खोने या प्राप्त करने की विभिन्न प्रवृत्तियाँ होती हैं। इस प्रवृत्ति में भिन्नता के कारण इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह एक इलेक्ट्रोड से दूसरे इलेक्ट्रोड की ओर होता है, जिससे एक विद्युत धारा उत्पन्न होती है।

गैल्वैनिक सेल के घटक

एनोड और कैथोड

एनोड वह इलेक्ट्रोड है जहाँ ऑक्सीकरण होता है। एक गैल्वैनिक सेल में, यह नकारात्मक इलेक्ट्रोड होता है। इलेक्ट्रॉनों का निर्माण एनोड पर होता है और वे बाहरी परिपथ के माध्यम से कैथोड तक यात्रा करते हैं। उदाहरण के लिए, एक जिंक-कॉपर गैल्वैनिक सेल में, जिंक एनोड है:

Zn(s) → Zn2+ (aq) + 2e-

कैथोड वह इलेक्ट्रोड है जहाँ अपचयन होता है। यह गैल्वैनिक सेल में सकारात्मक इलेक्ट्रोड होता है। इलेक्ट्रॉनों की यात्रा बाहरी परिपथ से कैथोड तक होती है। एक जिंक-कॉपर सेल में, कॉपर कैथोड है:

Cu2+ (aq) + 2e- → Cu(s)

साल्ट ब्रिज

साल्ट ब्रिज गैल्वैनिक सेल को सुचारू रूप से कार्य करने में सहायक एक महत्वपूर्ण घटक है। यह दो अर्ध-सेलों के बीच आयनों को जाने की अनुमति देता है ताकि चार्ज संतुलन बनाए रखा जा सके। इसे आमतौर पर एक साल्ट घोल जैसे कि KCl या KNO₃ से बनाया जाता है जो सेल में रसायनों के साथ प्रतिक्रिया नहीं करते हैं।

विद्युत रासायनिक श्रृंखला

विद्युत रासायनिक श्रृंखला, जिसे क्रियाशीलता श्रृंखला भी कहा जाता है, एक मानक इलेक्ट्रोड संभाव्यता के आधार पर तत्वों की सूची है। ये संभावनाएँ किसी तत्व की ऑक्सीकरण या अपचयन की क्षमता को इंगित करती हैं। यह श्रृंखला हमें रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं की दिशा की भविष्यवाणी करने में मदद करती है और यह भी बताती है कि गैल्वैनिक सेल में कौन सा इलेक्ट्रोड एनोड होगा और कौन सा कैथोड।

मानक इलेक्ट्रोड संभाव्यता का व्याख्यान

मानक इलेक्ट्रोड संभाव्यता (E0) वोल्ट्स (V) में मापा जाता है और यह यह दर्शाता है कि एक पदार्थ को इलेक्ट्रॉनों को प्राप्त करने (अपचयन संभाव्यता) या इलेक्ट्रॉनों को खोने (ऑक्सीकरण संभाव्यता) की क्षमता होती है। उच्च अपचयन संभावनाओं वाले तत्व अधिक आमतौर पर इलेक्ट्रॉनों को ग्रहण करते हैं।

H2 → 2H+ + 2e- E0 = 0.00 V

विद्युत रासायनिक श्रृंखला का उपयोग

धारा के दो धातुओं को, धातु A और धातु B, के मानक इलेक्ट्रोड संभावनाओं के साथ सोचिए:

• धातु A: E0 = -0.76 V (उदाहरण: जिंक)
• धातु B: E0 = +0.34 V (उदाहरण: कॉपर)

चूंकि कॉपर का अपचयन संभाव्यता अधिक है, यह कैथोड के रूप में कार्य करता है, और जिंक एनोड के रूप में कार्य करता है। इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह जिंक से कॉपर की ओर है।

सेल संभाव्यता की गणना

समग्र सेल संभाव्यता निम्नलिखित समीकरण का उपयोग करके गणना की जा सकती है:

Ecell = Ecathode - Eanode

Ecell = 0.34 V - (-0.76 V) = 1.10 V

गैल्वैनिक सेल्स के अनुप्रयोग

गैल्वैनिक सेल्स का उपयोग विभिन्न अनुप्रयोगों में डिवाइसेस को पॉवर करने के लिए किया जाता है। यहाँ कुछ सामान्य उपयोग हैं:

• बैटरियाँ: गैल्वैनिक सेल्स बैटरियों का आधार हैं जो इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों, वाहनों आदि को पॉवर देती हैं।
• जंग रोकथाम: त्यागनशील एनोड्स युकयादितंत्रों को जंग से बचाने के लिए उपयोग की जाती हैं।
• विद्युत चढ़ाना: विद्युत चढ़ाने की प्रक्रिया में गैल्वैनिक सेल्स का उपयोग सतहों पर धातुओं को जमा करने के लिए होता है।

सरल बैटरी का एक उदाहरण

एक सामान्य सरल बैटरी का उदाहरण दानियल सेल है, जिसमें जिंक एनोड और कॉपर कैथोड होते हैं:

1. एनोड प्रतिक्रिया: Zn(s) → Zn2+ (aq) + 2e-
2. कैथोड प्रतिक्रिया: Cu2+ (aq) + 2e- → Cu(s)

इस मूल अवधारणा को अल्कलाइन बैटरियों, लिथियम-आयन बैटरियों आदि जैसे अधिक जटिल बैटरियों को बनाने के लिए विस्तारित किया जा सकता है, जो उपयोग की जाने वाली सामग्री और रसायनों पर निर्भर करता है।

निष्कर्ष

गैल्वैनिक सेल और विद्युत रासायनिक श्रृंखला को समझना आवश्यक है कि रासायनिक प्रतिक्रिया से बिजली कैसे उत्पन्न हो सकती है। ये अवधारणाएँ बैटरियों के निर्माण में मौलिक होती हैं, जो आधुनिक प्रौद्योगिकी के लिए महत्वपूर्ण हैं। गैल्वैनिक सेल के विभिन्न घटकों और प्रतिक्रियाओं की खोज करके, हम उन विद्युत रासायनिक प्रक्रियाओं की जानकारी प्राप्त करते हैं जो हमारे दैनिक जीवन के कई पहलुओं को शक्ति देती हैं।

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