ಸೆಲ್ ಇಎಂಎಫ್ ಕ್ಯಾಲ್ಕುಲೇಟರ್ - ಉಚಿತ ನೆರ್ನ್ಸ್ ಸಮೀಕರಣ ಉಪಕರಣ

ಕೋಶ EMF ಕ್ಯಾಲ್ಕುಲೇಟರ್ ಎಂದರೇನು?

ಕೋಶ EMF ಕ್ಯಾಲ್ಕುಲೇಟರ್ ಬ್ಯಾಟರಿಯಂತಹ ವಿದ್ಯುದ್ರಾಸಾಯನಿಕ ಕೋಶದ ವಿದ್ಯುಚ್ಚಾಲಕ ಬಲ (EMF) ಅನ್ನು ಕಂಡುಹಿಡಿಯುತ್ತದೆ. EMF ಎಂದರೆ ಕೋಶವು ಉತ್ಪಾದಿಸುವ ವೋಲ್ಟೇಜ್, ಇದನ್ನು ವೋಲ್ಟ್‌ಗಳಲ್ಲಿ ಅಳೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಈ ಕ್ಯಾಲ್ಕುಲೇಟರ್ ನೆರ್ನ್ಸ್ಟ್ ಸಮೀಕರಣವನ್ನು ಬಳಸುತ್ತದೆ, ಇದು ವಾಸ್ತವಿಕ ತಾಪಮಾನ ಮತ್ತು ಒಳಗೊಂಡಿರುವ ರಾಸಾಯನಿಕಗಳ ವಾಸ್ತವಿಕ ಸಾಂದ್ರತೆಗಳಿಗೆ ಅನುಗುಣವಾಗಿ ಕೋಶದ ಪ್ರಮಾಣಿತ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಅನ್ನು ಸರಿಹೊಂದಿಸುತ್ತದೆ.

EMF ಎಂದರೇನು?

ವಿದ್ಯುಚ್ಚಾಲಕ ಬಲವು ಒಂದು ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್‌ನಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರವಾಹವನ್ನು ಚಲಾಯಿಸುವ ವಿದ್ಯುತ್ ತಳ್ಳುವಿಕೆಯಾಗಿದೆ. ಒಂದು ಕೋಶದಲ್ಲಿ, ಇದು ರೆಡಾಕ್ಸ್ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ ಎಂಬ ರಾಸಾಯನಿಕ ಕ್ರಿಯೆಯಿಂದ ಬರುತ್ತದೆ, ಇದರಲ್ಲಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಒಂದು ವಸ್ತುವಿನಿಂದ ಇನ್ನೊಂದಕ್ಕೆ ಚಲಿಸುತ್ತವೆ. EMF ಎಂದರೆ ಕೋಶವು ನೀಡಬಹುದಾದ ಗರಿಷ್ಠ ವೋಲ್ಟೇಜ್.

ನೆರ್ನ್ಸ್ಟ್ ಸಮೀಕರಣ

ನೆರ್ನ್ಸ್ಟ್ ಸಮೀಕರಣವು ಪಠ್ಯಪುಸ್ತಕಗಳಲ್ಲಿ ಬಳಸುವ ಪ್ರಮಾಣಿತ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳಲ್ಲಿ ಮಾತ್ರವಲ್ಲ, ಯಾವುದೇ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳಲ್ಲಿ ಕೋಶದ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಅನ್ನು ನೀಡುತ್ತದೆ.

$E = E° - \frac{RT}{nF} \ln(Q)$

ಇಲ್ಲಿ:

• E ಎಂದರೆ ಕೋಶ ವಿಭವ (EMF), ವೋಲ್ಟ್‌ಗಳಲ್ಲಿ.
• E° ಎಂದರೆ ಪ್ರಮಾಣಿತ ಕೋಶ ವಿಭವ, ವೋಲ್ಟ್‌ಗಳಲ್ಲಿ. ಒಳಗೊಂಡಿರುವ ಪ್ರತಿಯೊಂದು ರಾಸಾಯನಿಕವು 1 mol/L ಸಾಂದ್ರತೆಯಲ್ಲಿದ್ದಾಗ (ಅಥವಾ ಅನಿಲಗಳಿಗೆ 1 atm) ಮತ್ತು ತಾಪಮಾನ 25°C ಆಗಿದ್ದಾಗ ಅಳೆಯಲಾದ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಇದು.
• R ಎಂದರೆ ಅನಿಲ ಸ್ಥಿರಾಂಕ, 8.314 J/(mol·K).
• T ಎಂದರೆ ತಾಪಮಾನ, ಕೆಲ್ವಿನ್‌ನಲ್ಲಿ.
• n ಎಂದರೆ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಯಲ್ಲಿ ವರ್ಗಾವಣೆಗೊಂಡ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳ ಸಂಖ್ಯೆ.
• F ಎಂದರೆ ಫ್ಯಾರಡೆ ಸ್ಥಿರಾಂಕ, ಪ್ರತಿ ಮೋಲ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳಿಗೆ 96,485 ಕೂಲಂಬ್‌ಗಳು.
• Q ಎಂದರೆ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯಾ ಅಂಶ, ಉತ್ಪನ್ನಗಳು ಮತ್ತು ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯಾಕಾರಿಗಳ ಪ್ರಸ್ತುತ ಅನುಪಾತವನ್ನು ವಿವರಿಸುವ ಸಂಖ್ಯೆ.

ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯಾ ಅಂಶ (Q) ಎಂದರೇನು?

aA + bB → cC + dD ಎಂಬ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಗೆ, ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯಾ ಅಂಶವು ಹೀಗಿರುತ್ತದೆ:

$Q = \frac{[C]^c[D]^d}{[A]^a[B]^b}$

ಚದರ ಆವರಣಗಳು ಸಾಂದ್ರತೆಯನ್ನು ಸೂಚಿಸುತ್ತವೆ. ಪ್ರತಿಯೊಂದು ವಸ್ತುವು ಪ್ರಮಾಣಿತ ಸಾಂದ್ರತೆಯಲ್ಲಿದ್ದಾಗ Q 1 ಕ್ಕೆ ಸಮನಾಗಿರುತ್ತದೆ, ಇದರಿಂದ ಇಡೀ ತಿದ್ದುಪಡಿ ಪದವು ಶೂನ್ಯವಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು E, E° ಗೆ ಸಮನಾಗುತ್ತದೆ.

ಕೋಶ EMF ಅನ್ನು ಹೇಗೆ ಲೆಕ್ಕಹಾಕುವುದು

1. ಪ್ರಮಾಣಿತ ಕೋಶ ವಿಭವವನ್ನು (E°) ಕಂಡುಹಿಡಿಯಿರಿ. ಇದನ್ನು ಪ್ರಮಾಣಿತ ಅಪಕರ್ಷಣ ವಿಭವಗಳ ಕೋಷ್ಟಕದಲ್ಲಿ, ವೋಲ್ಟ್‌ಗಳಲ್ಲಿ ಹುಡುಕಿ.
2. ತಾಪಮಾನವನ್ನು (T) ಗಮನಿಸಿ ಕೆಲ್ವಿನ್‌ನಲ್ಲಿ. ಸೆಲ್ಸಿಯಸ್‌ನಿಂದ ಪರಿವರ್ತಿಸಲು, 273.15 ಸೇರಿಸಿ.
3. ವರ್ಗಾವಣೆಗೊಂಡ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳನ್ನು (n) ಎಣಿಸಿ ಸಮತೋಲಿತ ರೆಡಾಕ್ಸ್ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಯಿಂದ.
4. ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯಾ ಅಂಶವನ್ನು (Q) ಲೆಕ್ಕಹಾಕಿ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯಾಕಾರಿಗಳು ಮತ್ತು ಉತ್ಪನ್ನಗಳ ಸಾಂದ್ರತೆಗಳಿಂದ.
5. ಸಂಖ್ಯೆಗಳನ್ನು ಸಮೀಕರಣಕ್ಕೆ ಹಾಕಿ E ಅನ್ನು ಪಡೆಯಲು, ಅಂದರೆ ವೋಲ್ಟ್‌ಗಳಲ್ಲಿ EMF.

ಈ ಪುಟದಲ್ಲಿರುವ ಕ್ಯಾಲ್ಕುಲೇಟರ್ ಇದನ್ನು ಸ್ವಯಂಚಾಲಿತವಾಗಿ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಇದು ಪ್ರತಿ ಪದದ (E°, RT/nF, ಮತ್ತು ln(Q)) ವಿಭಜನೆಯನ್ನೂ ತೋರಿಸುತ್ತದೆ, ಇದರಿಂದ ಲೆಕ್ಕಾಚಾರವನ್ನು ಕೈಯಿಂದ ಪರಿಶೀಲಿಸಬಹುದು.

ಪರಿಹರಿಸಿದ ಉದಾಹರಣೆ

ಈ ಕೆಳಗಿನ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳಿರುವ ಒಂದು ಕೋಶವನ್ನು ತೆಗೆದುಕೊಳ್ಳೋಣ:

• ಪ್ರಮಾಣಿತ ವಿಭವ (E°): 1.10 V
• ತಾಪಮಾನ: 298 K (ಸುಮಾರು 25°C)
• ವರ್ಗಾವಣೆಗೊಂಡ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು (n): 2
• ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯಾ ಅಂಶ (Q): 1.5

ಮೊದಲು RT/(nF) ಅನ್ನು ಕಂಡುಹಿಡಿಯಿರಿ:

$\frac{RT}{nF} = \frac{8.314 \times 298}{2 \times 96485} \approx 0.012839 \text{ V}$

ಮುಂದೆ ln(Q) ಅನ್ನು ಕಂಡುಹಿಡಿಯಿರಿ:

$\ln(1.5) \approx 0.4055$

ಎರಡನ್ನೂ ಗುಣಿಸಿ, ನಂತರ E° ನಿಂದ ಕಳೆಯಿರಿ:

$E = 1.10 - (0.012839 \times 0.4055) \approx 1.10 - 0.0052 = 1.0948 \text{ V}$

ಈ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳಲ್ಲಿ ಕೋಶದ EMF ಸುಮಾರು 1.0948 V ಆಗಿದೆ, ಇದು ಅದರ ಪ್ರಮಾಣಿತ ವಿಭವ 1.10 V ಗಿಂತ ಸ್ವಲ್ಪ ಕಡಿಮೆ.

25°C ನಲ್ಲಿ ಸರಳೀಕೃತ ಸಮೀಕರಣ

ನಿಖರವಾಗಿ 25°C (298.15 K) ನಲ್ಲಿ, ಪಠ್ಯಪುಸ್ತಕಗಳು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ನೈಸರ್ಗಿಕ ಲಘುಗಣಕವನ್ನು 10ರ ಪಾಯಿಗೆ ಪರಿವರ್ತಿಸಿ, ಸ್ಥಿರಾಂಕಗಳನ್ನು ಒಂದೇ ಸಂಖ್ಯೆಗೆ ಸಂಯೋಜಿಸುತ್ತವೆ:

$E = E° - \frac{0.0592}{n} \log_{10}(Q)$

ಈ ಸುಲಭ ವಿಧಾನವು ಪೂರ್ಣ ಸಮೀಕರಣದಂತೆಯೇ ಅದೇ ಉತ್ತರವನ್ನು ನೀಡುತ್ತದೆ, ಪೂರ್ಣಾಂಕೀಕರಣದ ಮಿತಿಯಲ್ಲಿ, ಆದರೆ ಕೇವಲ 25°C ನಲ್ಲಿ ಮಾತ್ರ. ಈ ಪುಟದಲ್ಲಿರುವ ಕ್ಯಾಲ್ಕುಲೇಟರ್ ಯಾವಾಗಲೂ ನಮೂದಿಸಿದ ವಾಸ್ತವಿಕ ತಾಪಮಾನದೊಂದಿಗೆ ಪೂರ್ಣ ಸಮೀಕರಣವನ್ನು ಬಳಸುತ್ತದೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ಇದು ಯಾವುದೇ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿಯೂ ನಿಖರವಾಗಿರುತ್ತದೆ.

ನೆರ್ನ್ಸ್ಟ್ ಸಮೀಕರಣ ಯಾವಾಗ ಮುಖ್ಯವಾಗುತ್ತದೆ?

• ಬ್ಯಾಟರಿಗಳು. ಒಳಗಿನ ರಾಸಾಯನಿಕಗಳು ಬಳಸಲ್ಪಟ್ಟಂತೆ ಬ್ಯಾಟರಿಯ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಕುಸಿಯುತ್ತದೆ, ಏಕೆಂದರೆ Q 1 ರಿಂದ ದೂರ ಸರಿಯುತ್ತದೆ. ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಎಷ್ಟು ಕುಸಿಯುತ್ತದೆ ಎಂಬುದನ್ನು ನೆರ್ನ್ಸ್ಟ್ ಸಮೀಕರಣ ಊಹಿಸುತ್ತದೆ.
• ತುಕ್ಕು ಹಿಡಿಯುವಿಕೆ. ಒಂದು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಪರಿಸರದಲ್ಲಿ ಲೋಹವು ತುಕ್ಕು ಹಿಡಿಯುವ ಸಾಧ್ಯತೆಯನ್ನು ಅಂದಾಜು ಮಾಡಲು ಇಂಜಿನಿಯರ್‌ಗಳು ಇದನ್ನು ಬಳಸುತ್ತಾರೆ.
• ಸಾಂದ್ರತಾ ಕೋಶಗಳು. ಒಂದೇ ಎರಡು ಅರ್ಧ-ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಗಳಿಂದ ಬೇರೆ ಬೇರೆ ಸಾಂದ್ರತೆಗಳಲ್ಲಿ ಕೋಶವನ್ನು ನಿರ್ಮಿಸಬಹುದು. ಇಲ್ಲಿ E° ಶೂನ್ಯವಾಗಿರುತ್ತದೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ಇಡೀ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ನೆರ್ನ್ಸ್ಟ್ ಪದದಿಂದ ಬರುತ್ತದೆ.
• ರಸಾಯನಶಾಸ್ತ್ರ ತರಗತಿಗಳು. ಥರ್ಮೋಡೈನಾಮಿಕ್ಸ್ ವಿದ್ಯುತ್‌ಗೆ ಹೇಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದೆ ಎಂಬುದನ್ನು ತೋರಿಸುವ ಒಂದು ಪ್ರಮಾಣಿತ ವಿಷಯ ಇದಾಗಿದೆ.

ಪದೇ ಪದೇ ಕೇಳಲಾಗುವ ಪ್ರಶ್ನೆಗಳು

ನೆರ್ನ್ಸ್ಟ್ ಸಮೀಕರಣ ಯಾವ ಘಟಕಗಳನ್ನು ಬಳಸುತ್ತದೆ?

E ಮತ್ತು E° ವೋಲ್ಟ್‌ಗಳಲ್ಲಿವೆ. T ಸೆಲ್ಸಿಯಸ್‌ನಲ್ಲಿ ಅಲ್ಲ, ಕೆಲ್ವಿನ್‌ನಲ್ಲಿದೆ. R ಮತ್ತು F ಸ್ಥಿರ ಮೌಲ್ಯಗಳಾಗಿವೆ (8.314 J/(mol·K) ಮತ್ತು 96,485 C/mol). Q ಗೆ ಘಟಕಗಳಿಲ್ಲ, ಏಕೆಂದರೆ ಅದು ಸಾಂದ್ರತೆಗಳ ಅನುಪಾತವಾಗಿದೆ.

ನನ್ನ ಲೆಕ್ಕಾಚಾರಿತ EMF ಏಕೆ ಋಣಾತ್ಮಕವಾಗಿದೆ?

ಋಣಾತ್ಮಕ EMF ಎಂದರೆ, ಬರೆದಂತೆ, ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಯು ಮುಂದಕ್ಕೆ ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿ ತನ್ನಿಂತಾನೇ ನಡೆಯುವುದಿಲ್ಲ ಎಂದರ್ಥ. ಬದಲಿಗೆ ಅದು ಹಿಮ್ಮುಖ ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿ ನಡೆಯುತ್ತದೆ. ಆನೋಡ್ ಮತ್ತು ಕ್ಯಾಥೋಡ್ ಆಕಸ್ಮಿಕವಾಗಿ ಅದಲುಬದಲಾಗಿದ್ದರೆ, ಅಥವಾ E° ಅನ್ನು ತಪ್ಪಾದ ಚಿಹ್ನೆಯೊಂದಿಗೆ ನಮೂದಿಸಿದ್ದರೆ ಸಹ ಇದು ಸಂಭವಿಸಬಹುದು.

ತಾಪಮಾನವು ಕೋಶ ವಿಭವವನ್ನು ಹೇಗೆ ಪ್ರಭಾವಿಸುತ್ತದೆ?

ತಾಪಮಾನ ಏರಿಕೆಯಾದಂತೆ RT/(nF) ತಿದ್ದುಪಡಿ ಪದದ ಗಾತ್ರ ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ. ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಗಳಿಗೆ, ಪ್ರತಿ 10°C ಬದಲಾವಣೆಗೆ ಇದು ಕೆಲವು ಮಿಲಿವೋಲ್ಟ್‌ಗಳ ಸಣ್ಣ ವ್ಯತ್ಯಾಸವನ್ನುಂಟುಮಾಡುತ್ತದೆ, ಆದರೂ ನಿಖರವಾದ ಪರಿಣಾಮವು ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿರುತ್ತದೆ.

Q 1 ಕ್ಕೆ ಸಮನಾಗಿದ್ದರೆ ಅದರ ಅರ್ಥವೇನು?

Q 1 ಕ್ಕೆ ಸಮನಾಗಿದ್ದಾಗ, ln(Q) 0 ಕ್ಕೆ ಸಮನಾಗಿರುತ್ತದೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ತಿದ್ದುಪಡಿ ಪದವು ಮಾಯವಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು E, E° ಗೆ ಸಮನಾಗುತ್ತದೆ. ಪ್ರತಿಯೊಂದು ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯಾಕಾರಿ ಮತ್ತು ಉತ್ಪನ್ನವು ತನ್ನ ಪ್ರಮಾಣಿತ ಸಾಂದ್ರತೆಯಲ್ಲಿದ್ದಾಗ ಇದು ಸಂಭವಿಸುತ್ತದೆ.

ಸಾಂದ್ರತಾ ಕೋಶಗಳಿಗೆ ನೆರ್ನ್ಸ್ಟ್ ಸಮೀಕರಣವನ್ನು ಬಳಸಬಹುದೇ?

ಹೌದು. ಸಾಂದ್ರತಾ ಕೋಶದಲ್ಲಿ ಎರಡೂ ಬದಿಗಳಲ್ಲಿ ಒಂದೇ ರೆಡಾಕ್ಸ್ ಜೋಡಿ ಕಾಣಿಸುತ್ತದೆ, ಆದ್ದರಿಂದ E° ಶೂನ್ಯವಾಗಿರುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಸಮೀಕರಣವು ಇದಕ್ಕೆ ಸರಳಗೊಳ್ಳುತ್ತದೆ:

$E = \frac{RT}{nF} \ln\left(\frac{[C]_{\text{ಕ್ಯಾಥೋಡ್}}}{[C]_{\text{ಆನೋಡ್}}}\right)$

E° ಮತ್ತು E°' ನಡುವಿನ ವ್ಯತ್ಯಾಸವೇನು?

E° ಎಂದರೆ ಪ್ರಮಾಣಿತ ಪ್ರಯೋಗಾಲಯ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳಲ್ಲಿನ ಪ್ರಮಾಣಿತ ವಿಭವ. E°' ಎಂದರೆ "ಔಪಚಾರಿಕ ವಿಭವ," ಇದು ಸ್ಥಿರ pH ಅಥವಾ ಇತರ ದ್ರಾವಣ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳಿಗಾಗಿ ಸರಿಹೊಂದಿಸಲಾದ ಆವೃತ್ತಿಯಾಗಿದ್ದು, ಜೀವರಸಾಯನಶಾಸ್ತ್ರದಲ್ಲಿ ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ.

ನೆರ್ನ್ಸ್ಟ್ ಸಮೀಕರಣವನ್ನು ಯಾರು ಕಂಡುಹಿಡಿದರು?

ಜರ್ಮನ್ ರಸಾಯನಶಾಸ್ತ್ರಜ್ಞ ವಾಲ್ಥರ್ ನೆರ್ನ್ಸ್ಟ್ 1889ರಲ್ಲಿ ಈ ಸಮೀಕರಣವನ್ನು ರೂಪಿಸಿ, ಥರ್ಮೋಡೈನಾಮಿಕ್ಸ್ ಅನ್ನು ವಿದ್ಯುದ್ರಸಾಯನಶಾಸ್ತ್ರಕ್ಕೆ ಜೋಡಿಸಿದರು. ಪ್ರಮುಖವಾಗಿ ಇದಕ್ಕಾಗಿ ಮತ್ತು ರಾಸಾಯನಿಕ ಸಮತೋಲನಕ್ಕೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದ ಇತರ ಕೆಲಸಗಳಿಗಾಗಿ, ಅವರು 1920ರಲ್ಲಿ ರಸಾಯನಶಾಸ್ತ್ರದಲ್ಲಿ ನೊಬೆಲ್ ಪ್ರಶಸ್ತಿಯನ್ನು ಗೆದ್ದರು.