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अपचयोपचय अभिक्रियाएँ और इलेक्ट्रोड प्रक्रम

अगर ऑक्सीकरण वाला आधा और अपचयन वाला आधा अलग-अलग बीकर में रखें और तार व लवण सेतु से जोड़ें, तो इलेक्ट्रॉन तार से होकर जाते हैं। यही सेल है। अपने आयनों के घोल में रखी हर धातु एक इलेक्ट्रोड है जिसका अपना विभव है। हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड को 0.00 V माना जाता है। मानक विभव के क्रम में लगाने पर विद्युत-रासायनिक श्रेणी बनती है, और E°सेल = E°(कैथोड) − E°(ऐनोड)।

🎬 कदम-दर-कदम कहानी

  1. ज़िंक की छड़ ज़िंक आयनों के घोल में खड़ी है। अपने ही आयनों में डूबी धातु एक इलेक्ट्रोड है, इसे अर्ध-सेल भी कहते हैं।
  2. ज़िंक अर्ध-सेल और कॉपर अर्ध-सेल को तार से जोड़ो। इलेक्ट्रॉन ज़िंक से कॉपर की ओर बहते हैं। मीटर 1.10 V दिखाता है।
  3. लवण सेतु निकाल लो। हर बीकर में आवेश जमा होता है, इलेक्ट्रॉन रुक जाते हैं और मीटर 0 V पर आ जाता है।
  4. ज़िंक की जगह हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड लगाओ। यह 0.00 V पर तय है। कॉपर के साथ मीटर 0.34 V दिखाता है, यही कॉपर का मानक विभव है।
  5. विद्युत-रासायनिक श्रेणी: E° जितना ऋणात्मक, धातु उतनी आसानी से इलेक्ट्रॉन देती है। दो धातुएँ चुनो और इलेक्ट्रॉन की दिशा देखो।
  6. खुद खेलो: कोई भी सेल बनाओ, सेतु लगाओ या हटाओ, और देखने से पहले ऐनोड का अंदाज़ा लगाओ।

टिप: 3D दृश्य को घुमाने के लिए खींचें। ज़ूम के लिए दो उंगलियाँ इस्तेमाल करें।

🤔 आम शंकाएँ और उनके जवाब

इलेक्ट्रोड ठीक-ठीक क्या है?

अपने आयनों के घोल के संपर्क में धातु, जैसे चरण 1 में ज़िंक की छड़।

इस सेल में ऐनोड ऋण क्यों?

वहाँ ऑक्सीकरण से इलेक्ट्रॉन छड़ पर छूट जाते हैं, तो वह ऋणात्मक होती है। फिर इलेक्ट्रॉन तार से बाहर बहते हैं, जैसे चरण 2 में।

लवण सेतु के बिना सेल क्यों रुकता है?

एक ओर धन और दूसरी ओर ऋण आवेश जमा होकर इलेक्ट्रॉनों को पीछे धकेलता है। चरण 3 में मीटर 0 V है।

अकेले इलेक्ट्रोड का विभव कैसे जानें?

नहीं जान सकते। हम उसे शून्य माने गए हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड से तुलना करते हैं, जैसे चरण 4 में।

ऐनोड कैसे तय करूँ?

कम (ज़्यादा ऋणात्मक) E° वाला इलेक्ट्रोड ऐनोड है। चरण 5 में कोई भी जोड़ी आज़माओ।

दोनों ओर एक ही धातु हो तो?

बराबर घोलों में कोई अंतर नहीं, इसलिए धारा नहीं। चरण 6 में दोनों ओर एक ही धातु चुनो।

इलेक्ट्रोड: अपने आयन-घोल में धातु

ज़िंक की छड़ ज़िंक सल्फेट घोल में डुबाओ। कुछ Zn परमाणु इलेक्ट्रॉन छड़ पर छोड़कर Zn²⁺ बनकर घोल में जाते हैं। कुछ Zn²⁺ इलेक्ट्रॉन लेकर लौट आते हैं। छड़ और घोल के बीच छोटा-सा आवेश-अंतर बनता है।

इस धातु–आयन जोड़ी को इलेक्ट्रोड या अर्ध-सेल कहते हैं, और रेडॉक्स युग्म Zn²⁺/Zn (ऑक्सीकृत रूप / अपचित रूप) लिखते हैं।

यह आवेश-अंतर उसका इलेक्ट्रोड विभव है। घोल 1 M, गैस 1 bar और ताप 298 K हो तो यह मानक इलेक्ट्रोड विभव E° है।

करके देखो: 3D का चरण 1 अकेला अर्ध-सेल दिखाता है।

डेनियल सेल: रेडॉक्स दो बीकरों में

एक ही बीकर में Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu से सिर्फ़ ऊष्मा मिलती है। अगर Zn को ZnSO₄ में और Cu को CuSO₄ में रखें और तार से जोड़ें, तो इलेक्ट्रॉन को तार से जाना पड़ता है। यह डेनियल सेल है।

सेल संकेतन: Zn(s) | Zn²⁺(aq) || Cu²⁺(aq) | Cu(s)। ऐनोड बाएँ, | सीमा, || लवण सेतु।

करके देखो: 3D के चरण 2 में पीले इलेक्ट्रॉनों को तार पर चलते देखो।

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बाएँ बीकर में Zn²⁺ आते जाते हैं, तो वह धनात्मक होने लगता है। दाएँ से Cu²⁺ घटते हैं, तो वह ऋणात्मक होने लगता है। यह आवेश जल्दी ही बहाव रोक देगा।

लवण सेतु (जैली में KCl या KNO₃ भरी U-नली) आयनों को चलने देता है: ऋण आयन ऐनोड की ओर, धन आयन कैथोड की ओर। यह दोनों घोलों को उदासीन रखता है और परिपथ पूरा करता है, घोलों को मिलने नहीं देता।

करके देखो: चरण 3 में सेतु हटा है और मीटर 0 V दिखाता है।

मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड (SHE)

अकेले इलेक्ट्रोड का विभव नहीं माप सकते; हमेशा जोड़ी चाहिए। इसलिए एक इलेक्ट्रोड को शून्य चुनते हैं: मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड। प्लैटिनम को 1 M H⁺ में डुबाकर उस पर 1 bar की शुद्ध H₂ गैस बहाते हैं। इसका विभव हर ताप पर 0.00 V माना जाता है।

किसी भी इलेक्ट्रोड को SHE से जोड़ो। मीटर की पढ़ाई, चिह्न के साथ, उसका मानक विभव है। कॉपर के साथ 0.34 V और कॉपर कैथोड है, तो E°(Cu²⁺/Cu) = +0.34 V। ज़िंक के साथ 0.76 V पर ज़िंक ऐनोड है, तो E°(Zn²⁺/Zn) = −0.76 V।

विद्युत-रासायनिक श्रेणी और E°सेल

अपचयन विभवों को क्रम में लिखने पर विद्युत-रासायनिक श्रेणी मिलती है:

Li⁺/Li −3.04 · Mg²⁺/Mg −2.37 · Zn²⁺/Zn −0.76 · Fe²⁺/Fe −0.44 · H⁺/H₂ 0.00 · Cu²⁺/Cu +0.34 · Ag⁺/Ag +0.80 · F₂/F⁻ +2.87 V

E°सेल = E°(कैथोड) − E°(ऐनोड)। धनात्मक E°सेल का मतलब अभिक्रिया अपने आप चलती है।

करके देखो: चरण 5 में बाएँ Mg और दाएँ Ag चुनो। पहले E°सेल का अंदाज़ा लगाओ।

मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ

हल किए गए उदाहरण

1. डेनियल सेल का E°सेल निकालो। E°(Zn²⁺/Zn) = −0.76 V, E°(Cu²⁺/Cu) = +0.34 V।

Zn कम है → ऐनोड। E°सेल = 0.34 − (−0.76) = +1.10 V।

2. Mg–Cu सेल का E°सेल निकालो। E°(Mg²⁺/Mg) = −2.37 V।

Mg ऐनोड। E°सेल = 0.34 − (−2.37) = +2.71 V।

3. Zn–Ag सेल का E°सेल निकालो। E°(Ag⁺/Ag) = +0.80 V।

Zn ऐनोड। E°सेल = 0.80 − (−0.76) = +1.56 V। अभिक्रिया: Zn + 2Ag⁺ → Zn²⁺ + 2Ag।

4. Fe–Cu सेल का E°सेल निकालो। E°(Fe²⁺/Fe) = −0.44 V।

Fe ऐनोड। E°सेल = 0.34 − (−0.44) = +0.78 V।

5. ज़िंक को SHE से जोड़ने पर 0.76 V आता है और ज़िंक ऐनोड है। E°(Zn²⁺/Zn) क्या है?

E°सेल = E°(SHE) − E°(Zn) → 0.76 = 0 − E°(Zn) → E°(Zn²⁺/Zn) = −0.76 V।

6. क्या Cu, Ag⁺ का अपचयन कर सकता है? क्या Ag, Cu²⁺ का?

Cu + 2Ag⁺ → Cu²⁺ + 2Ag: E° = 0.80 − 0.34 = +0.46 V > 0, हाँ। Ag + Cu²⁺: E° = 0.34 − 0.80 = −0.46 V < 0, नहीं।

7. Fe²⁺/Fe और Ag⁺/Ag से बने सेल का संकेतन और सेल अभिक्रिया लिखो।

Fe कम → ऐनोड। Fe(s) | Fe²⁺(aq) || Ag⁺(aq) | Ag(s)। अभिक्रिया: Fe + 2Ag⁺ → Fe²⁺ + 2Ag। E°सेल = 0.80 − (−0.44) = +1.24 V।

आम गलतियाँ

अभ्यास क्विज़

1. डेनियल सेल में ऑक्सीकरण कहाँ होता है?
2. मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड का विभव:
3. लवण सेतु:
4. सबसे प्रबल अपचायक कौन?
5. Zn–Cu (−0.76 V, +0.34 V) का E°सेल:

अभ्यास: खुद जवाब दो

अपना जवाब लिखो या चुनो, फिर जाँचें दबाओ। अटको तो संकेत देखो; जवाब देने के बाद पूरा हल दिखेगा।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

विद्युत-रासायनिक श्रेणी क्या है?

मानक अपचयन विभव के क्रम में लगाए गए इलेक्ट्रोडों की सूची। यह बताती है कौन प्रबल ऑक्सीकारक (धनात्मक E°) और कौन प्रबल अपचायक (ऋणात्मक E°) है।

लवण सेतु का कार्य क्या है?

यह आयनों को चलने देकर परिपथ पूरा करता है और दोनों घोलों को विद्युत रूप से उदासीन रखता है, उन्हें मिलाए बिना।

E°सेल कैसे निकालते हैं?

E°सेल = E°(कैथोड) − E°(ऐनोड), मानक अपचयन विभवों से। धनात्मक मान का अर्थ है सेल अभिक्रिया स्वतः होती है।

यह कहाँ पढ़ाया जाता है

कनाडा (ओंटारियो)Grade 12D. Electrochemistry
रोमानियाClasa a IX-aReactions with change of oxidation number
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रोमानियाClasa a IX-aReactions with change of oxidation number
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सीबीएसई (भारत)कक्षा 11अपचयोपचय अभिक्रियाएँ

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