GSEB Solutions Class 12 Chemistry Important Questions Chapter 3 વિદ્યુત-રસાયણવિજ્ઞાન

Gujarat Board GSEB Class 12 Chemistry Important Questions Chapter 3 વિદ્યુત-રસાયણવિજ્ઞાન Important Questions and Answers.

GSEB Class 12 Chemistry Important Questions Chapter 3 વિદ્યુત-રસાયણવિજ્ઞાન

પ્રશ્ન 1.
વિધુતરસાયણવિજ્ઞાન એટલે શું ? તેની ઉપયોગિતાઓની ચર્ચા કરો.
અથવા
સમજાવો : વિદ્યુતરસાયણવિજ્ઞાન ઘણો જ વિશાળ અને આંતરવિષયક વિષય છે.
ઉત્તર:
રાસાયણિક પ્રક્રિયા દરમિયાન મુક્ત થયેલી ઊર્જામાંથી વિદ્યુત ઉત્પન્ન કરવાનો અને વિદ્યુતીય ઊર્જાનો અસ્વયંસ્ફુરિત રાસાયણિક પ્રક્રિયાને પાર પાડવા (કરવા) માટે થતા ઉપયોગનો અભ્યાસ એટલે વિદ્યુતરસાયણવિજ્ઞાન.

ઉપયોગિતાઓ : વિદ્યુતરસાયણવિજ્ઞાનના સૈદ્ધાંતિક તેમજ પ્રાયોગિક (મહત્ત્વના) ઉપયોગો નીચે પ્રમાણે છે :

• રસાયણોનો ઉપયોગ મોટી સંખ્યામાં ધાતુઓ, સોડિયમ હાઇડ્રૉક્સાઇડ, ક્લોરિન અને ફ્લોરિન જેવા રસાયણોના ઉત્પાદનમાં અને બીજા ઘણા એવા રસાયણો વિદ્યુત- રાસાયણિક પદ્ધતિઓથી પણ બનાવી શકાય છે.
• બૅટરી અને બળતણ કોષ વિદ્યુતરસાયણના સિદ્ધાંતથી બનાવાય છે જેનો ઉપયોગ ઘણાં બધાં સાધનો અને ઉપકરણો (ડિવાઇસ)માં થાય છે. બૅટરી અને બળતણ કોષ રાસાયણિક ઊર્જાનું વિદ્યુતીય ઊર્જામાં પરિવર્તન કરે છે.
• પર્યાવરણ મૈત્રીરૂપ (ecofriendly) નવી ટેક્નોલૉજીના સર્જન માટે વિદ્યુતરસાયણનો ઉપયોગ ઘણો અગત્યનો છે, કારણ કે – વિદ્યુતરાસાયણિક રીતે કરેલી પ્રક્રિયાઓ ઊ સક્ષમ અને ઓછી પ્રદૂષક છે.
• વિદ્યુતરસાયણ એ સંવેદી સંકેતોનું મગજમાં કોષો મારફતે સંચરણ અને તેથી ઊલટું પણ અને કોર્ષોની વચ્ચે સંદેશાવ્યવહાર વગેરે વિદ્યુતીય રાસાયણિક મૂળ (ઉદ્ગમસ્થાન) ધરાવે છે.

આમ, આ બધી રીતે વિદ્યુતરસાયણવિજ્ઞાન એટલા માટે ઘણો જ વિશાળ અને આંતરવિષયક વિષય છે.

પ્રશ્ન 2.
ડેનિયલ કોષની રચનાની આકૃતિ દોરી તેની રાસાયણિક પ્રક્રિયા અને પોટેન્શિયલ જણાવો તથા તે કયા પ્રકારનો કોષ છે તે લખી પ્રાથમિક જાણકારી આપો.
ઉત્તર:
ડેનિયલ કોષ એ રાસાયણિક ઊર્જાનું વિદ્યુતઊર્જામાં પરિવર્તન કરતો વોલ્ટેઇક કોષ છે.

રાસાયણિક પ્રક્રિયા : ડૅનિયલ કોષ નીચેની રાસાયણિક પ્રક્રિયા દરમિયાન મુક્ત થયેલી રાસાયણિક ઊર્જાનું વિદ્યુતઊર્જામાં પરિવર્તન કરે છે.
Zn_(s) + Cu²⁺_(aq) →Zn²⁺_(aq) + Cu_(s)
વિદ્યુત પોર્ટેન્શિયલ : જ્યારે ડેનિયલ કોષમાં Zn²⁺ આયનો અને Cu²⁺ આયનોની સાંદ્રતા (સક્રિયતા) 1 એકમ (1 mol dm^-3) હોય ત્યારે તેનો વિદ્યુત પોર્ટેન્શિયલ 1,1 V જેટલો હોય છે. આવા ઉપકરણને ગૅલ્વનિક અથવા વૉલ્ટેઇક કોષ કહે છે,

પ્રશ્ન 3.
ગૅલ્વેનિક (વૉલ્ટેઇક) કોષમાં બાહ્ય વિરુદ્ધ પોટેન્શિયલ લાગુ પાડવામાં આવે તે દરમિયાન ઉદ્ભવતી ભિન્ન પરિસ્થિતિઓ વર્ણવો તથા યોગ્ય કોષનું ઉદાહરણ લઈને સમજાવો.
ઉત્તર:
(a) પરિસ્થિતિ-1 : (ગેસ્થેનિક કોષમાંથી વિદ્યુતપ્રવાહ ચાલુ રહે તેવી સ્થિતિ અથવા E_text < 1.1V) : આકૃતિ-(a) પ્રમાણે ગૅલ્વેનિક કોષમાં બાહ્ય વિરુદ્ધ પોટેન્શિયલ (E_ext) લાગુ પાડવામાં આવે તો જ્યાં સુધી બહારથી લાગુ પડેલો વિદ્યુત પોટેન્શિયલ 1.1V થી ઓછો હોય ત્યાં સુધી કોષમાં પ્રક્રિયા ચાલુ રહે છે તથા રેડોક્ષ પ્રક્રિયા પુરોગામી દિશામાં થતી રહે છે અને પ્રક્રિયા અટકી જતી નથી.

આ પરિસ્થિતિમાં ડેનિયલ કોષમાં

• વિદ્યુત પોર્ટન્શિયલ 0 અને 1.1Vની વચ્ચે હોય છે.
• કોષના બાહ્યપધમાં ઇલેક્ટ્રોન ઝિંકના સળિયાથી કૉપરના સળિયા તરફ વહે છે એટલે કે વિદ્યુતપ્રવાહ Cu થી Zn તરફ વહે છે.
• Zn ની પટ્ટી એનોડ છે અને તેમાનું ઝિંક દ્વાવ્ય બને છે, ઓગળે છે અને તેનું વજન ઘટતું જાય છે.
• Cu ની પટ્ટી કૅથોડ હોય છે અને આ ોડની સપાટીના ઉપર કૉપર નિર્લેપિત (જમા) થતું હોય છે.

(b) પરિસ્થિતિ-2 : (ગર્વનિક કોષ અટકી ગયેલ બંધ પડી ગયો હોય તેવી સ્થિતિ અથવા E_ext = 1.1V) : આકૃતિ-(b) પ્રમાણે જો ડેનિયલ કોષમાં બાહ્ય વિરુદ્ધ વિદ્યુત પોર્ટેન્શિયલ 1.1V કરવામાં આવે તો, પ્રક્રિયા ચાલુ રહેતી નથી તે સંપૂર્ણ બંધ થઈ જાય છે.

આ પરિસ્થિતિમાં ડેનિયલ કોષ –

• બાહ્ય વિદ્યુત પોર્ટેન્શિયલ E_ext = 1.1V અને ડેનિયલ કોષમાં પોટેન્શિયલ 0.0V,
• પ્રક્રિયા થતી નથી.
• ઇલેક્ટ્રૉનનો પ્રવાહ અથવા વિદ્યુતપ્રવાહ વહેતો નથી.
• ડેનિયલ કોષ કાર્ય કરતો નથી.

(c) પરિસ્થિતિ-૩ : (વૉલ્ટેઇક કોષ) વિદ્યુત્તરાસાયણિક કોષ અને વિદ્યુતવિભાજન કોષ બને તે પરિસ્થિતિ અથવા E_ext > 1.1V) : આકૃતિ-(c) પ્રમાણે જો ડેનિયલ કોષમાં પસાર કરાતો વિરુદ્ધ દિશાને બાહ્ય વિદ્યુતપ્રવાહ 1.1V થી વધારવામાં આવે તો પ્રક્રિયા ફરીથી શરૂ થાય છે પણ વિરુદ્ધ દિશાની (પ્રતિગામી) પ્રક્રિયા થાય છે. આ સ્થિતિમાં ડેનિયલ કોષ વિદ્યુતવિભાજનીય કોષ તરીકે કાર્ય
કરે છે.

આ પરિસ્થિતિમાં E_ext > 1.1V તો

• એ કોષ પોટેન્શિયલ ઋણ બને છે.
• ડેનિયલ કોષ વિદ્યુતવિભાજન કોષ બને છે.
• વિદ્યુતઊર્જાનું રાસાયણિક ઊર્જામાં રૂપાંતર થાય છે અને વિદ્યુતીય ઊર્જા અસ્વયંસ્ફુરિત રાસાયણિક પ્રક્રિયા કરવામાં વપરાય છે.
• બાહ્યપથમાં ઇલેક્ટ્રૉન Cu થી Zn તરફ અને વિદ્યુતપ્રવાહ Zn થી Cu તરફ વહે છે.
• Zn ધાતુ કૅથોડ બને છે તથા ઝિંક ધાતુ Zn વિદ્યુતધ્રુવની ઉપર જમા થાય છે.
• કૉપર ધ્રુવ ઍનોડ બને છે અને તેમાંની કૉપર ધાતુ ઓગળીને દ્રાવણમાં Cu²⁺ તરીકે જાય છે.

પ્રશ્ન 4.
ગેલ્વેનિક કોષ કોને કહેવાય ? ડેનિયલ કોષની અર્ધપ્રક્રિયાઓ રેડોક્ષ પ્રક્રિયા આપી રેડોક્ષયુગ્મ સમજાવો.
ઉત્તર:
(a) ગૅલ્વેનિક કોષ : તે એવો વિદ્યુતરાસાયણિક કોષ છે, જે સ્વયંસ્ફુરિત રેડોક્ષ પ્રક્રિયાની રાસાયણિક ઊર્જાને વિદ્યુતીય ઊર્જામાં પરિવર્તન કરે છે.
(b) ડેનિયલ કોષમાં થતી રાસાયણિક પ્રક્રિયા :

• (Cu) કૅથોડ ઉપર : Cu²⁺(aq) + 2e^– → Cu(s) (રિડક્શન)
• (Zn) એનોડ ઉપર : Zn_(s) → Zn²⁺_(aq) + 2e^– (ઑક્સિડેશન)
• પ્રક્રિયા : Zn_(s) + Cu²⁺_(aq) → Zn²⁺_(aq) + Cu_(s) ડેનિયલ કોષમાં ઉપરની રેડોક્ષ પ્રક્રિયા (iii) થાય છે, જે બે અર્ધપ્રક્રિયાઓ (i) અને (ii) નું સંયોગીકરણ છે.

ડેનિયલ કોષમાં પ્રક્રિયા (i) અને (ii), બે અલગ-અલગ ભાગોમાં થાય છે. પ્રક્રિયા-(i) રિડક્શન અર્ધપ્રક્રિયા કૉપરના વિદ્યુતધ્વની સપાટીની ઉપર અને ઑક્સિડેશન અર્ધપ્રક્રિયા-(ii) ઝિંક વિદ્યુતધ્રુવની સપાટીની ઉપર થાય છે.
ડેનિયલ કોષના આ બંને ભાગોને ‘અર્ધકોષ’ અથવા ‘રેડોક્ષયુગ્મ’ (couple) પણ કહે છે.
કૉપર વિદ્યુતધ્રુવને ‘રિડક્શન અર્ધકોષ’ અને ઝિંક ધ્રુવને ‘ઑક્સિડેશન અર્ધકોષ’ પણ કહે છે.

પ્રશ્ન 5.
ડેનિયલ કોષ પ્રમાણે ગૅલ્વેનિક કોષની રચના સમજાવો, તેમાં ગૅલ્વેનિક કોશમાં પ્રક્રિયાના આધારે ધન અને ઋણ ધ્રુવ કયા છે તે ઉદાહરણથી સમજાવો.
ઉત્તર:
(a) ડેનિયલ કોષ પ્રમાણે ગૅલ્વેનિક કોષ:
અલગ-અલગ અર્ધકોષના સંયોગીકરણથી ડેનિયલ કોષની ભાત પર (જેવા જ) અસંખ્ય ગૅલ્વેનિક કોર્પોની રચના કરી શકાય છે.

• દરેક અર્ધકોષ વિદ્યુતવિભાજ્યમાં ડૂબાડેલા ધાત્વીય વિદ્યુતધ્રુવ ધરાવે છે.
• બે અર્ધકોષને વૉલ્ટમીટર વર્લ્ડ ધાતુના તાર (વાયર)થી બાહ્ય રીતે (પથમાં) સ્વિચથી જોડવામાં આવે છે.
• આ બંને અર્ધકોષનાં વિદ્યુતવિભાજ્યોને આંતરિક રીતે (પ્રશ્ન-2)ની આકૃતિમાં દર્શાવ્યા પ્રમાણે ક્ષારસેતુ વડે જોડવામાં આવે છે. કેટલીકવાર બંને વિદ્યુતધ્રુવોને એક જ (સમાન) વિદ્યુતવિભાજ્યના દ્રાવણમાં ડૂબાડવામાં આવે છે અને તેમાં ક્ષારસેતુની જરૂર નથી પડતી.

(b) ડેનિયલ કોષમાં થતી પ્રક્રિયાઓ અને (+) તથા (–) ધ્રુવો : * ધન ધ્રુવ : બંને (દરેક) વિદ્યુતધ્રુવ-વિદ્યુતવિભાજ્ય આંતરસપાટી ઉપર ધાતુ આયન દ્રાવણમાંથી વિદ્યુતપ્રુવની સપાટી ઉપર નિક્ષેપિત (જમા) થવાનું વલણ ધરાવે છે, પરિજ્ઞામે આવા વિદ્યુતધ્રુવને ધનવીજભારિત બનાવવાનો પ્રયત્ન કરે છે.

નોંધ : M ધાતુ ઉપર ઇલેક્ટ્રૉન ધટી ધનભાર બને છે. જે ધ્રુવ ઉપર રિડક્શન થાય તે કૅથોડ હોય. દા.ત., ડેનિયલ કોષમાં કૉપર ધ્રુવ કેથોડ અને ધન ધ્રુવ છે, ત્યાં રિડક્શન થાય છે.

ઋણ ધ્રુવ : આજ સમયે બીજા અર્ધકોષમાં વિદ્યુતધ્રુવમાંના ધાતુ પરમાણુઓને ધન આયન તરીકે દ્રાવણમાં જવાનું વલણ હોય છે અને વિદ્યુતધ્રુવ ઉપર ઇલેક્ટ્રૉનને છોડીને જાય છે તેથી આ ધાતુને ઋણવીજભારિત બનાવવાનો પ્રયત્ન કરે છે.
M_(s) → Mⁿ⁺ + ne^–
ધાતુ M ના ધન આયનો Mn+ દ્રાવણમાં જાય છે અને ધાતુની ઉપર ઇલેક્ટ્રૉન આવવાથી તે ઋણવીજભારિત બને છે.
નોંધઃ સંતુલને વીજભારનું અલગીકરણ હોય છે અને બંને વિરુદ્ધ પ્રક્રિયાઓના વલણના આધારે (પ્રકૃતિ અનુસાર) વિદ્યુતધ્રુવ, દ્વાવણના સાપેક્ષમાં ધનભાર અથવા ઋણભાર ધરાવે છે.

પ્રશ્ન 6.
ગૅલ્વેનિક કોષ પ્રમાણે વિધુતધ્રુવ પોટેન્શિયલ એટલે શું ? સવિસ્તર સમજાવો.
ઉત્તર:
(a) વ્યાખ્યા : વિદ્યુતવ અને વિદ્યુતવિભાજ્યની વચ્ચે પોટેન્શિયલ તફાવત વિકસે છે, જેને વિદ્યુતવ પોટેન્શિયલ કહે છે.
(b) પ્રમાણિત વિદ્યુતધ્રુવ પોર્ટેન્શિયલ : જ્યારે અર્ધપ્રક્રિયામાં ભાગ લેતા (સમાવિષ્ટ) બધાં જ આયનો (સ્પીસિઝ)ની સાંદ્રતા એકમ (એક) હોય છે ત્યારે તે વિદ્યુતધ્રુવનો પોટેન્શિયલ ‘પ્રમાણિત વિદ્યુúવ પોટેન્શિયલ’ તરીકે ઓળખાય છે. IUPAC પ્રજ્ઞાલિકા પ્રમાણે પ્રમાણિત રિડક્શન પોટેન્શિયલને હવે પ્રમાણિત વિદ્યુતધ્રુવ પોટેન્શિયલ કહેવાય છે,

(c) વિદ્યુતધ્રુવ પોટેન્શિયલમાં ઍનોડ અને કૅધોડ ધ્રુવો:

• ગૅલ્વનિક કોષના જે અર્ધકોષમાં ઓક્સિડેશન પ્રક્રિયા થાય છે તેને એનોડ’ કહે છે, તેનો પોટેન્શિયલ દ્વાવણના સાપેક્ષમાં ઋણ હોવાથી તે ‘ઋણ ધ્રુવ’ હોય છે.
• ગૅલ્વેનિક કોષના જે અર્ધકોષમાં રિડક્શન પ્રક્રિયા થાય છે. તેને ‘કૅથોડ’ કહે છે તેનો પોટેન્શિયલ દ્રાવણની સાપેક્ષમાં ધન હોવાથી તે ‘ધન ધ્રુવ’ હોય છે,

પ્રશ્ન 7.
કોષ પોટેન્શિયલ અને emf એટલે શું ? યોગ્ય ઉદાહરણ આપી સવિસ્તર સમજાવો.
ઉત્તર:
(A)

• કોષ પોટેન્શિયલ : ગૅલ્વેનિક કોષના બંને વિદ્યુતધ્રુવ વચ્ચેના પોટેન્શિયલના તફાવતને કોષ પોટેન્શિયલ કહે છે. કોષ પોટેન્શિયલ વૉલ્ટમાં મપાય છે.
• emf : તે કૅથોડ અને ઍનોડના વિદ્યુતધ્રુવોના પોટેન્શિયલ (રિડક્શન પોટેન્શિયલ)નો તફાવત છે, જેને કોષનો ‘કોષ ઇલેક્ટ્રૉમોટિવ ફોર્સ (વિદ્યુત ચાલકબળ) (emf) કહે છે, કે જ્યારે કોષમાંથી કોઈ પ્રવાહ ખેંચવામાં આવતો નથી.

(B) કોષ પોટેન્શિયલનું સૂત્ર અને નિરૂપણ :
ગૅલ્વેનિક કોષનો પોટેન્શિયલ ધન હોય છે. જેની ગણતરી નીચેના સૂત્રથી થાય છે.
E_cell = E_right – E_left = E_red (ઍનોડ) – E_red (હથોડ)
ગૅલ્વેનિક કોષમાં અનોડને ડાબી તરફ અને કૅથોડ અર્ધકોષને જમણી બાજુ દર્શાવવાની પ્રણાલી છે. તેમની ધાતુ અને વિદ્યુતવિભાજયની વચ્ચે એક ઊભી રેખા દોરીને દર્શાવાય છે. → સારસેતુ વડે જોડેલા બંને વિદ્યુતવિભાજ્યોને તેમની વચ્ચે બે ઊભી રેખા દોરીને દર્શાવાય છે. આ પ્રણાલિકા પ્રમાણે પોટેન્શિયલ ધન હોય છે અને તેને જમણી બાજુના અર્ધકોષના પોટેન્શિયલ અને ડાબી બાજુના અર્ધકોષના પોટેન્શિયલમાંથી બાદ કરીને દર્શાવાય છે.

(C) ઉદાહરણ ડેનિયલ કોષનું નિરૂપણ :

જ્યાં, ઝિંક વિદ્યુતધ્રુવ ઍનોડ અને કૉપર વિદ્યુતધ્રુવ કૅથોડ તરીકે વર્તે છે. ડેનિયલ કોષ પોટેન્શિયલ E_cell = E_right – E_left
= E_Cu²⁺|Cu – E_Zn²⁺|Zn

પ્રશ્ન 8.
કૉપર-સિલ્વર ગૅલ્વેનિક કોષની પ્રક્રિયા, નિરૂપણ તથા તેનું સૂત્ર જણાવો.
ઉત્તર:
કૉપર-સિલ્વર કોષની રેડોક્ષ પ્રક્રિયા :
Cu_(s) + 2Ag_(s) → 2Ag_(s) + Cu²⁺_(aq) ………………………. (i)
ગૅલ્વેનિક કોષના અર્ધકોષોમાં નીચે મુજબ પ્રક્રિયા થાય છે. કેથોડ ઉપર રિડક્શન : 2 Ag⁺_(aq) + 2e^– → 2Ag_(s) ……………. (ii) ઍોડ ઉપર ઓક્સિડેશન : Cu_(s) → Cu²⁺_(aq) + 2e^– …………………………………………. (iii)
આમ (ii) અને (iii)નો સરવાળો તેની કુલ પ્રક્રિયા (i) તરફ દોરે છે.
પ્રક્રિયા પ્રમાણે સિલ્વર વિદ્યુતવ કોડ અને કૉપર વિદ્યુતધ્રુવ ઍોડ તરીકે વર્તે છે. આ કારણથી ગૈર્ધ્વનિક કોષનું નિરૂપ‰ નીચે મુજબ રજૂ કરી શકાય.
Cu_(s) | Cu²⁺_(aq) || Ag⁺_(aq) | Ag_(s)
E_cell = E_right – E_left = E_Ag⁺|Ag – E_Cu²⁺|Cu

પ્રશ્ન 9.
કોષનો પોટેન્શિયલ નક્કી કરવા શું કરાય છે ?
ઉત્તર:
(a) કોષ પોર્ટેન્શિયલ પસંદગી : વ્યક્તિગત અર્ધકોષનો પોટેન્શિયલ માપી શકાતો નથી પણ બે અર્ધકોષનો પોટેન્શિયલ વચ્ચેનો તફાવત માપી શકાય છે, જે કોષના emfના જેટલો હોય છે. જો આપણે આપણી ઇચ્છા પ્રમાણે કોઈ એક અર્ધકોષનો પોટેન્શિયલ પસંદ કરીએ તો આપણે તેના સંદર્ભમાં બીજા કોઈ અર્ધકોષનો પોટેન્શિયલ નક્કી કરી શકીએ છે. પ્રણાલિકા પ્રમાણે પ્રમાણિત હાઇડ્રોજન ધ્રુવની સાથે અન્ય અર્ધકોષને જોડીને કોષ રચીને કોષનો પોટેન્શિયલ નક્કી કરવામાં આવે છે.

(b) અર્ધકોષ પોર્ટેન્શિયલ પસંદગી : જો અર્ધકોષનો પોટેન્શિયલ નક્કી કરવી હોય તો તેને પ્રમાણિત હાઇડ્રોજન ધ્રુવ સાથે જોડી પૂર્ણ કોષ રચવામાં આવે છે. પ્રમાણિત હાઇડ્રોજન ધ્રુવનો પોટેન્શિયલ 0.0 વોલ્ટ (શૂન્ય) લેવાય છે તથા કોષમાં ઘઇડ્રોજન ધ્રુવ એનોડ હોય તો અન્ય કોષનો પોટેન્શિયલ (emf) ઋણ લેવાય છે. આ રીતે કોઈ પણ કોષના પોટેન્શિયલ તે અન્ય અર્ધકોષના પોટેન્શિયલ તરીકે નક્કી થાય છે.

પ્રશ્ન 10.
પ્રમાણિત હાઇડ્રોજન ધ્રુવ વિશે લખો,
ઉત્તર:
પ્રણાલિકા પ્રમાણે પ્રમાણિત વિદ્યુતધ્રુવને Pt_(s) | H_2(g) | H⁺_(aq) તરીકે દર્શાવાય છે. પ્રમાલિત હાઇડ્રોજન ધ્રુવનો પોટેન્શિયલ બધાં જ તાપમાને શૂન્ય આંકવામાં આવ્યો છે (શૂન્ય લેવાય છે) આ પોટેન્શિયલ પ્રક્રિયા નીચે મુજબ છે :
H⁺ + e^– → \(\frac{1}{2} \) H_2(g)
હાઇડ્રોજન વિદ્યુતધ્રુવની રચના : આકૃતિ પ્રમાણે હાઇડ્રોજન વિદ્યુતધ્રુવ હોય છે. પ્રમાણિત હાઇડ્રોજન ધ્રુવ તે પ્લેટિનમ બ્લેકનું પડ ચઢાવેલો પ્લેટિનમ વિદ્યુતધ્રુવ છે.
આ Pt ના પતરાને પારામાં ડૂબાડી તેમાં કૉપરના તાર (વાયર)ની સાથે બાહ્યપથમાં જોડેલ હોય છે. પ્લેટિનમ વિદ્યુતધ્રુવને ઍસિડના દ્રાવણમાં ડૂબાડવામાં આવે છે અને શુદ્ધ હાઇડ્રોજન વાયુ તેમાંથી (298K તાપમાને અને 1 બાર દબાÀ) પસાર કરવામાં આવે છે.

હાઇડ્રોજનના રિડક્શન પામેલા અને ઑક્સિડેશન પામેલા તેવા બંને સ્વરૂપોની સાંદ્રતા એક જળવાઈ રહે છે.
\(\frac{1}{2} \) H_2(g) → H⁺_(aq) + e^– …..(ઑક્સિડેશન)
અને H⁺_(aq) + e^– → \(\frac{1}{2} \) H_2(g) …………………. ( રિડક્શન)

આ સૂચવે છે કે –

• હાઇડ્રોજન વાયુનું દબાણ 1 બાર રહે છે અને
• દ્રાવણમાં હાઇડ્રોજન આયન (H⁺)ની સાંદ્રતા 1 મોલર છે.

ઉપયોગ : પ્રમાણિત હાઇડ્રોજન વિદ્યુત વને સંદર્ભ તરીકે લઈને અન્ય કોઈ પણ અર્ધકોષનો પોટેન્શિયલ મેળવાય છે. 298 K તાપમાને પ્રમાણિત હાઇડ્રોજન ધ્રુવની સાથે અન્ય અર્ધકોષ લઈ વિદ્યુતરાસાયણિક ગૅલ્વેનિક કોષની રચના કરવાથી, મળતો કોષ પોટેન્શિયલ તે અન્ય અર્ધકોષનો પોટેન્શિયલ હોય છે.

પ્રશ્ન 11.
પ્રમાણિત વિધુતધ્રુવ ઍનોડ તરીકે લઈને અન્ય કોષનો પોટેન્શિયલ નક્કી કરવાની રીત ઉદાહરણથી સમજાવો.
ઉત્તર:
(a) રિડક્શન પોર્ટેન્શિયલ : 298K તાપમાને પ્રમાણિત હાઇડ્રોજન વિદ્યુતધ્રુવને અનોડ (સંદર્ભ અર્ધકોષ) તરીકે અને બીજા (અન્ય) અર્ધકોષને થોડ તરીકે લઈને રચવામાં આવતા કોષનો પોટેન્શિયલ તે બીજા (અન્ય) અર્ધકોષનો રિડક્શન પોર્ટન્શિયલ હોય છે.

આ કોષનો પોટેન્શિયલ = (બીજા કોષનો રિડક્શન પોટેન્શિયલ) = (બીજા અર્ધકોષના emf નું મૂલ્ય)

(b) સામાન્ય ઉદાહરણથી સમજૂતી :
(i) ઑક્સિડેશન પામેલી અને રિડક્શન પામેલા સ્પિીઝના સ્વરૂપના જમણી બાજુના અર્ધકોષમાં સાંદ્રતા 1 એકમ હોય તો, કોષ પોટેન્શિયલ પ્રમાણિત વિદ્યુતપ્રવ પોર્ટેન્શિયલના બરાબર (જેટલો) થાય છે.

જ્યાં, E^⊖ = કોષનો પ્રમાબ્રિત રિડક્શન પોર્ટેન્શિયલ
E^⊖_R = જમણી બાજુના કોષનો પ્રમાણિત રિડક્શન પોટેન્શિયલ
E^⊖_L = ડાબી બાજુના કોષનો પ્રમાણિત રિડક્શન પોર્ટેન્શિયલ
પણ E^⊖_L = (પ્રમાıિત હાઇડ્રોજન વિદ્યુતધ્રુવનો પોટેન્શિયલ) = 0.0 વોલ્ટ
∴ E^⊖ = (E^⊖_R – 0.0)
E^⊖ = E^⊖_R ……………………………………… (i)

(iii) હાઇડ્રોજન અર્ધકોષ || કૉપર અર્ધકોષ :
Pt | H_2(g)(1 bar) | H⁺(aq) (1M) || Cu²⁺_(aq) (1M) | Cu_(s)
આ કોષનો પ્રયોગમાં માપેલો પોટેન્શિયલ +0.34V છે, જે પ્રમાણિત કૉપર વિદ્યુતવની નીચેની રિડક્શન અર્ધપ્રક્રિયાનો એટલે કે પ્રમાણિત કૉપર વિદ્યુતધ્રુવનો પોટેન્શિયલ થાય છે.

નોંધ : પ્રમાણિત હાઇડ્રોજન ધ્રુવ ડાબી તરફ અને ઍનોડ તરીકે હોય તો અન્ય અર્ધકોષનો રિડક્શન પોટેન્શિયલ ધન હોય છે. આ કોષમાં કોષ પોટેન્શિયલનું ધન મૂલ્ય છે, જે દર્શાવે છે કે Cu+ આયનનું રિડક્શન H+ આયનના રિડક્શન કરતાં સરળતાથી થાય છે. આથી પ્રતિગામી પ્રક્રિયા થઈ શકશે નહીં.

પ્રશ્ન 12.
પ્રમાણિત હાઇડ્રોજન વિધુતધ્રુવને કેથોડ તરીકે લઈ અન્ય અર્ધકોષનો પોટેન્શિયલ (રિડક્શન) નક્કી કરવાની રીત ઉદાહરણથી સમજાવો.
ઉત્તર:
298 તાપમાને પ્રમાણિત હાઇડ્રોજન વિદ્યુતધ્રુવને કૅથોડ (સંદર્ભ અર્ધકોષ) તરીકે અને બીજા (અન્ય) અર્ધકોષનો એનોડ હોય ત્યારે તેવા કોષનો પોટેન્શિયલ તે બીજા અર્ધકોષનો રિડક્શન પોટેન્શિયલ હોય છે.
અન્ય અર્ધકોષનો વિદ્યુતધ્રુવ એનૌડ તરીકે || પ્રમાણિત હાઇડ્રોજન વિધ્રુવ કોડ તરીકે
દા.ત., સામાન્ય કોષ:
M_(s) | Mⁿ⁺_(aq)(1M) || H⁺_(aq) (1M)|\(\frac{1}{2}\) H_2(g)(1 bar) | Pt
અને E^⊖_cell = (E^⊖_R – E^⊖_L) પણ E^⊖_R = 0.0V
∴ E^⊖_cell = -E^⊖_L (આ કોષનો રિડક્શન પોટેન્શિયલ ઋણ હોય છે.)
ઉદા. ઝિંકનો એનોડ અર્ધકોષ || હાઇડ્રોજન વાયુનો કેથોડ અર્ધકોષ Zn_(s) | Zn²⁺_(aq)(1M) || H⁺_(aq)(1M) | H_2(g) (1 bar) | Pt_(s)
આ કોષનો પ્રૌગિક માપેલ પોટેન્શિયલ -0.76V છે.
જેથી Zn²⁺_(aq) (1M) + 2e^– → Zn_(s) માટેનો પ્રમાણિત
વિદ્યુતધ્રુવ રિડક્શન પોટેન્શિલ = – 0.76V
એટલે કે E_Zn²⁺|Zn =- 0.76V

નોંધ : પ્રમાણિત હાઇડ્રોજન ધ્રુવ જો અન્ય અર્ધકોષની સાથે જમણી તરફ કેથોડ તરીકે હોય તો તેવા કોષનો રિડક્શન પોટેન્શિયલ ઋણ હોય છે. જમણી તરફના કેથોડ તરીકેના પ્રમાણિત હાઇડ્રોજન ધ્રુવમાં રિડક્શન પ્રક્રિયા :
H⁺_{(aq. 1M)} + e^– → \(\frac{1}{2} \) H_2(g)(1 bar)
આ કોષના પોટેન્શિયલનું ઋણ મૂલ્ય દર્શાવે છે કે H⁺ આયનથી ઝિંક ધાતુનું ઑક્સિડેશન થશે અને ઝિંક ધાતુ ઍસિડ HCl માં દ્રાવ્ય બને તથા ઝિંક ધાતુ વડે H⁺ આયનનું રિડક્શન થાય છે.
Zn_(s) + 2H⁺_(aq) → Zn²⁺_(aq) + H_2(g)

પ્રશ્ન 13.
Zn – Cu કોષ (ડેનિયલ કોષ)નો પોટેન્શિયલ ગણો.
ઉત્તર:
(E^⊖_Zn²⁺|Zn = -0.76 V અને E^⊖_Cu²⁺|Cu = 0.34 V
જેનો રિડક્શન પોટેન્શિયલ ઓછો તે એનોડ અર્ધકોષ અને જેનો રિડક્શન પોર્ટેન્શિલ વધુ તે કેથોડ અર્ધકોષ હોય છે. જેથી,
ડાબી બાજુના ઝિંક વિદ્યુતધ્રુવ (એનોડ અર્ધકોષ)માં ઑક્સિડેશન પ્રક્રિયા : Zn_(s) → Zn²⁺_{(aq, 1M)} + Cu_(s) ……………….. (i)
જમણી બાજુના કૉપર વિદ્યુતધ્રુવ (કેથોડ અર્ધકોષ)માં રિડક્શન
પ્રક્રિયા : Cu ²⁺_{(aq, 1M)} + 2e^– → Cu_(s) ……………………………….. (ii)

આ પ્રક્રિયા (i) અને (ii) નો સરવાળો પ્રક્રિયાનું નીચેનું સમીકરણ મળે છે.
Zn_(s) + Cu²⁺_{(aq, 1M)} = Zn²⁺_{(aq, 1M)} + Cu_(s)
હવે આ કોષનો emf = E^⊖_cell = E^⊖_R – E^⊖_L
∴ ΔE^⊖_cell = -0.34 V – (-0.76V) = 1.10 V

પ્રશ્ન 14.
વિદ્યુતધ્રુવ અને અર્ધકોષ એટલે શું ? અર્ધકોષનું નિરૂપણ ઉદાહરણથી સમજાવો.
ઉત્તર:
વિદ્યુતધ્રુવ : ગૅલ્વેનિક અથવા વિદ્યુતવિભાજનીય કોષમાં ધાતુના તાર કે પટ્ટી કે સળિયાને તેના ક્ષારના દ્રાવણમાં મૂકવાથી રચાતી પ્રણાલી વિદ્યુતધ્રુવ કહેવાય છે, કે જેમાં વિદ્યુતપ્રવાહ | ઇલેક્ટ્રૉન પ્રવાહનું વહન થાય છે.
અર્ધકોષ : વિદ્યુતધ્રુવ અને તેને જે દ્વાવણમાં રાખવામાં આવે છે. કે જેમાં ઑક્સિડેશન અથવા રિડક્શન પ્રક્રિયા થતી હોય છે. તેને અર્ધકોષ કહેવામાં આવે છે.
વિદ્યુતધ્રુવ (અર્ધકોષ)નું નિરૂપણ : ધાતુ અને તેના આયન વચ્ચે ઊભી લીટી મુકાય છે અને અત્યારની પ્રણાલી પ્રમાણે રિડક્શન પ્રક્રિયા લઈ ધાતુ આયન | ધાતુ લખાય છે.

રિડક્શન : Zn²⁺ + 2e⁻ → Zn નું નિરૂપણ Zn²⁺_(aq) | Zn_(s)
ઑક્સિડેશન : Zn_(s) → Zn²⁺ + 2e^– નું નિરૂપણ Zn_(s) |Zn²⁺_(aq)
પ્રક્રિયક કે નીપજ વાયુ અથવા પ્રવાહી હોય તો સામાન્ય રીતે પ્લેટિનમ ધાતુનો ઉપયોગ થાય છે. જેનું નિરૂપણ નીચે પ્રમાણે થાય.

પ્રશ્ન 15.
ગૅલ્વેનિક કોષ (વિદ્યુતરાસાયણિક કોષ)નું સાંકેતિક નિરૂપણ યોગ્ય ઉદાહરણોથી સમજાવો,
ઉત્તર:
વિદ્યુતરાસાયણિક કોષનું નિરૂપણ ઍોડ (ડા.બા.) અને કૅથોડ (જ.બા.)ના અર્ધકોષો (વિદ્યુતધ્રુવો)ની પ્રક્રિયાઓમાં અનુક્રમે ધાતુ-આયન અને આયન-ધાતુ વચ્ચે ઊભી લીટી |થી દર્શાવાય છે.
અનોડ અને કૅથોડ અનુક્રમે ડાબી બાજુ અને જમણી તરફ દર્શાવ્યા છે.
ઍનોડ અને કૅથોડની ધાતુની ઉપર અનુક્રમે ૭ અને ચિહ્ન દર્શાવાય છે.
બંને અર્ધકોષની વચ્ચેના ક્ષારસેતુને દર્શાવવા માટે બે ઊભી સમાંતર લીટી મુકાય છે.
જે નિષ્ક્રિય ધ્રુવ હોય તો તે માટે તે ધાતુની સંજ્ઞા Pt અથવા C જે હોય તે લેવામાં આવે છે.
ઉદા.-1 : ડેનિયલ કોષનું નિરૂપણ

ઉદા.-2 : નિષ્ક્રિય ધ્રુવ Pt|H_2(g) ધરાવતા હાઈડ્રોજન અને કૉપર અર્ધકોષથી રચાતા વિદ્યુતરાસાયબ્રિક (ગૅલ્વનિક) કોષનું નિરૂપણ.

પ્રશ્ન 16.
વિધુતધ્રુવોના પ્રકારો અને ઉદાહરણો આપો.
ઉત્તર:
વિદ્યુત્ક્રુવોનું વર્ગીકરણ નીચે પ્રમાણે છે :
(a) વિદ્યુતધ્રુવની સપાટી ઉપરની પ્રક્રિયા પ્રમાણે : જે વિદ્યુતધ્રુવ ઉપર ઑક્સિડેશન થાય તેને ઍનોડ અને જે ધ્રુવની ઉપર ડિક્શન પ્રક્રિયા થાય તેને કેથોડ કહે છે.
(b) વિદ્યુતધ્રુવની ઉપરના વીજભાર પ્રમાણે :
ધન ધ્રુવ અને ઋણ ધ્રુવ : ધન ધ્રુવના સાપેક્ષમાં ઋન્ન ધ્રુવમાં વધારે ઇલેક્ટ્રૉન હોય છે. દા.ત., ગૅલ્વેનિક કોષમાં અનોડ ઋણ અને કેથોડ ધન ધ્રુવ હોય છે.

(c) કોષમાં ધ્રુવની પ્રક્રિયા પામવા પ્રમાણે વર્ગીકરણ :
(i) સક્રિય ધ્રુવ : કોષમાં જે ધ્રુવનું દળ વધે કે ઘટે તેને સક્રિયધ્રુવ કહે છે. સક્રિય ધ્રુવ કોષ પ્રક્રિયામાં દ્રાવણમાં દ્રાવ્ય બને અને તેનું દળ ધટે છે અથવા દ્રાવણમાંના આયનોનું રિડક્શન થઈને ધાતુના કણ બની ધ્રુવની ઉપર જમા થાય છે અને વજન વધે છે, પ્રક્રિયામાં ભાગ લે છે. દા.ત., ડેનિયલ કોષમાં Zn અને Cu ના ધ્રુવો સક્રિય છે.

Zn → Zn²⁺ + 2e⁻ (ઑક્સિડેશન) અને
Cu²⁺_(aq) + 2e^– → Cu_(s)
Zn ધ્રુવનું દળ ધટે છે અને Cu ધ્રુવનું દળ વધે છે.

(ii) નિષ્ક્રિય ધ્રુવ : કોષમાં જે ધ્રુવ પ્રક્રિયા થવા માટેની સપાટી પૂરી પાડે અને પ્રક્રિયામાં ભાગ નથી લેતા તેવા ધ્રુવને ‘નિષ્ક્રિય ધ્રુવ’ કહેવાય છે. દા.ત., વાયુ કે પ્રવાહી અર્ધકોષમાં વપરાતા પ્લેટિનમ, શૅફાઇટ વગેરે. જેમ કે હાઇડ્રોજન ધ્રુવમાં પ્લેટિનમ H_2(g) ધ્રુવ નિષ્ક્રિય ધ્રુવ છે.

પ્રશ્ન 17.
પ્રમાણિત વિધુતધ્રુવ (અર્ધકોષ)નો પોટેન્શિયલ એટલે શું ? તેની ઉપયોગિતા જણાવો.
ઉત્તર:
પ્રમાણિત વિદ્યુતધ્રુવ (અર્ધકોષ)નો પોર્ટેન્શિયલ : પ્રમાøિત સ્થિતિમાં એટલે કે 298K તાપમાને વાયુના 1 બાર દબાણે અને દ્રાવણમાં 1M સાંદ્રતા હોય ત્યારે (અર્ધકોષ) વિદ્યુતધ્રુવના રિડક્શન પોર્ટેન્શિયલને તેનો પ્રમાણિત વિદ્યુત પોટેન્શિયલ (E^⊖) કહે છે. તેનો એકમ વૉલ્ટ છે.
ઉપયોગો :
(i) ઇ.એમ.એફ. શ્રેણીની રચના : અર્ધકોષની પ્રક્રિયાઓને તેમની પ્રમાણિત વિદ્યુતધ્રુવના પોટેન્શિયલના ઉતરતા ક્રમમાં ગોઠવતાં રચાતી. અર્ધપ્રક્રિયાઓની શ્રેણીને ઇ.એમ.એફ. (emf) શ્રેણી કહે છે. આ શ્રેણીનો કેટલોક ભાગ કોષ્ટકમાં દર્શાવેલ છે.

(i) ઋણ E^⊖ એટલે કે રેડોક્ષ યુગલ, H⁺|H₂ યુગલ કરતાં વધારે પ્રબળ રિડક્શનકર્તા છે.
(ii) ધન E^⊖ એટલે કે રેડોક્ષ યુગલ, H⁺|H₂ યુગલ કરતાં વધારે નિર્બળ રિડક્શનકર્તા છે.
(ii) રિડક્શન પામેલા સ્વરૂપની સ્થિરતા નક્કી કરવા:
જો વિદ્યુતધ્રુવનો પ્રમાણિત વિદ્યુતધ્રુવ પોટેન્શિયલ શૂન્ય કરતાં વધારે હોય તો – તેનું રિડક્શન પામેલું સ્વરૂપ H_2(g)] ના સાપેક્ષમાં વધારે સ્થિર હોય છે.
ઉદા. સ્થિરતા ક્રમ : Ag > Cu > H₂
જો પ્રમાણિત વિદ્યુતધ્રુવ પોર્ટેન્શિયલનું મૂલ્ય ઋણ હોય તો હાઇડ્રોજન સ્વિસીઝના રિડક્શન પામેલા સ્વરૂપ કરતાં વધારે સ્થિર હોય છે.
ઉદા. સ્થિરતા ક્રમ : H₂ > Pb > Sn > Ni > Fe > Cr > Zn

(ii) ઑક્સિડેશનકર્તા-રિડક્શનકર્તા તરીકેની પ્રબળતા નક્કી કરવા : E^⊖ ધન : F₂ : વાયુનો E^⊖॰ મહત્તમ ધન છે. જે સૂચવે છે કે F₂ ની સ્થિરતા H₂ ના કરતાં વધારે હોય છે. F₂ વાયુની ઑક્સિડેશનાં વૃત્તિ અને ઇલેક્ટ્રૉન સ્વીકારી ડિક્શન પામવાની વૃત્તિ મહત્તમ છે. ફ્લોરાઇડ આયન (F⁻) સૌથી નિર્બળ રિડક્શનકર્તા છે.

E^⊖ઋણ : Li નો E^⊖ સૌથી ઓછો અને (મહત્તમ) ઋણ છે, જે સૂચવે છે કે – લિથિયમ આયન સૌથી નિર્બળ ઑક્સિડેશનકર્તા છે. જયારે, લિથિયમ ધાતુ જલીય દ્રાવણમાં સૌથી વધુ પ્રબળ રિડક્શનકર્તા છે,
નોંધઃ જો E^⊖ નું મૂલ્ય ઓછું તો રિડક્શન પામનાર નિર્બળ ઑક્સિડેશન કરતાં અને રિડક્શનની નીપજ પ્રબળ રિડક્શનકર્તા હોય છે અને તેનાથી ઊલટું, દા.ત. F₂ પ્રબળ ઑક્સિડેશનકર્તા અને F^– પ્રબળ રિડક્શન છે.
(iv) પ્રક્રિયાની સંભાવના નક્કી કરવા : જે અર્ધપ્રક્રિયાનો પ્રમાણિત પોટેન્શિયલ વધારે હોય તેમ રિડક્શન પામનારનું – ઓછા E^⊖ ની નીપજ વર્ડ રિડક્શન થાય તેવી પ્રક્રિયા થાય છે.
E^⊖ (Cu²⁺| Cu) = +0.34V અને H⁺|H₂ નો E^⊖ = 0 V
[E^⊖ (Cu²⁺| Cu) > E^⊖H⁺|H₂ છે. જેથી H⁺ આયન વડે Cu નું ઑક્સિડેશન થઈ શકતું નથી અને HCl માં Cu ધાતુ દ્રાવ્ય થતી નથી.
2H⁺_(aq) + Cu_(s) → પ્રક્રિયા થશે નહી.
પણ H_2(g) + Cu²⁺_(aq) → 2H⁺_(aq) + Cu_(s) પ્રક્રિયા થશે.
હાઇડ્રોજન વાયુ કોપર આયનનું કોપર ધાતુમાં રિડક્શન કરી શકે છે.
રિડક્શન : Cu²⁺_(aq) + 2e^– → Cu_(s)(E^⊖_{Cu²⁺| Cu} વધારે)
ઑક્સિડેશન : H_2(g) → 2H⁺_(aq) + 2e^– (E^⊖_{Cu²⁺| Cu} ઓછો)
નોંધઃ જો કે Cu ધાતુનું નાઈટ્રિક ઍસિડમાંના નાઇટ્રેટ આયન વડે Cu²⁺ માં ઑક્સિડેશન થાય છે.

પ્રશ્ન 18.
નીચે આપેલ પ્રક્રિયાનું ન સમીકરણ મેળવો.
Mⁿ⁺_(aq) + n e^– → M_(s)
ઉત્તર:
વિદ્યુતવની પ્રક્રિયામાં સમાવિષ્ટ સ્થિસીઝની સાંદ્રતા હંમેશાં એકમ (1M) હોતી નથી.
કોઈપણ વિદ્યુતધ્રુવની સામાન્ય પ્રક્રિયા નીચે મુજબ
Mⁿ⁺_(aq) + n e^– → M_(s) …………………………………… (i)
નર્સ્ટ દર્શાવ્યું કે, વિદ્યુતધ્રુવની પ્રક્રિયાના માટે પ્રમાણિત હાઇડ્રોજન વિદ્યુતવના સંદર્ભમાં કોઈપણ સાંદ્રતાએ વિદ્યુતવનો પોટેન્શિયલ માપી શકાય છે.
ઉપરની સામાન્ય પ્રક્રિયા (i) માટે વિદ્યુતધ્રુવનો પોટેન્શિયલ :

જો ઘન પદાર્થ M ની સાંદ્રતા = 1 એકમ લઈએ તો, વિદ્યુતધ્રુવ માટેનું નર્સ્ટ સમીકરણ નીચે મુજબ મળે.

જ્યાં, n = પ્રક્રિયામાં ભાગ લેતા ઇલેક્ટ્રૉનની સંખ્યા
E_(Mⁿ⁺|M) = વિદ્યુતધ્રુવનો બિનપ્રમાણિત સાંદ્રતાએ પોટેન્શિયલ
E^⊖ _(Mⁿ⁺|M) = વિદ્યુતધ્રુવનો પ્રમાણિત રિડક્શન પોટેન્શિયલ
R = વાયુ અચળાંક = 8.314 JK^-1 mol^-1
F = ફેરાડે અચળાંક = 96487 mol^-1
T = તાપમાન કેલ્વિનમાં
[Mⁿ⁺] = સ્પિસીઝમાં Mⁿ⁺ ની સાંદ્રતા મોલારિટીમાં

પ્રશ્ન 19.
ડેનિયલ કોષનો E_cell ગણવા માટે નર્સ્ટ સૂત્ર તારવો અને તેમાં Zn²⁺ અને Cu²⁺ ના સાંદ્રતાના ફેરફારની E_cell ઉપર થતી અસર લખો.
ઉત્તર:
ડેનિયલ કોષમાં ઍનોડ ધ્રુવ Zn અને કેથોડ C હોવાથી તેમાં અનુક્રમે Zn²⁺ અને Cu²⁺ આયનો થાય અને તેની પ્રક્રિયા :
Zn_(s) + Cu²⁺_(aq) → Zn²⁺_(aq) + Cu_(s)
નર્જી સૂત્ર પ્રમાણે કેથોડ Cu²⁺|Cu માટે,

ઉપરના નર્જી સૂત્રમાં In = 2.303 log₁₀ લખવાથી
E_cell = E^⊖_cell – \(\frac{2.303 \mathrm{RT}}{2 \mathrm{~F}} \log _{10} \frac{\left[\mathrm{Zn}_{(\mathrm{aq})}^{2+}\right]}{\left[\mathrm{Cu}_{(\mathrm{aq})}^{2+}\right]} \)
આ સૂત્રમાં R = 8.314 JK^-1 mol^-1
T = 298 K
F = 96487 C mol^-1 અને
લેવાથી \(\frac{\mathrm{RT}}{\mathrm{F}} \) = 0.0591 થાય છે.
જેથી ડેનિયલ કોષ માટે કોષ પોટેન્શિયલ E_cell હોય તો,
E_cell = E^⊖_cell – \(\frac{0.0591}{2} \log _{10} \frac{\left[\mathrm{Zn}_{(\mathrm{aq})}^{2+}\right]}{\left[\mathrm{Cu}_{(\mathrm{aq})}^{2+}\right]} \)
જ્યાં, સ્પિસીઝની સાંદ્રતા કોઈપણ લઈ શકાય છે. E_cell નું મૂલ્ય Zn²⁺ અને Cu²⁺ આયનોની સાંદ્રતાની ઉપર આધાર રાખે છે. જેથી Zn²⁺ ની સાંદ્રતાના ઘટાડાની સાથે E_cell. વર્ષ છે અને Cu²⁺ ની સાંદ્રતાના વધારાની સાથે E_cell વર્ષ છે.

પ્રશ્ન 20.
નીરોના ગૅલ્વેનિક કોષ માટે ઈન્સ્ટ્ર સૂત્ર મેળવો.
Ni_(s) | Ni²⁺_(ag) || Ag⁺_(aq) | Ag
ઉત્તર:
આ કોષની પ્રક્રિયા નીચે મુજબ
અનોડ પાસે : Ni_(s) → Ni²⁺_(aq)+ 2e^– …………………….. (રિડક્શન)
કેથોડ પાસે : 2Ag⁺_(aq)+ 2e^– → 2Ag_(s) ………………………….. (ઓક્સિડેશન)
રેડોક્ષ પ્રક્રિયા : Ni_(s) + 2Ag⁺_(aq) → Ni²⁺_(aq) + 2Ag_(s)
જો E_cell = બિનપ્રમાણિત કોષ પોટેન્શિયલ
E^⊖_cell = પ્રમાણિત કોષ પોટેન્શિયલ
n = સંતુલિત પ્રક્રિયામાં ભાગ લેતા ઇલેક્ટ્રૉનની સંખ્યા

પ્રશ્ન 21.

ઉત્તર:
E_cell = કોષ પોટેન્શિયલ,
E⊖cell = પ્રમાબ્રિત કોષ પોટેન્શિયલ [A], [B], [C] અને [D] તે અનુક્રમે A, B, C અને D ની સાંદ્રતા હોય તો, નન્સર્ટ સૂત્ર નીચે મુજબ થાય.

પ્રશ્ન 22.
ડેનિયલ કોષમાં સંતુલન સ્થિતિની પ્રાપ્તિ સમજાવી તેનો સંતુલન અચળાંક ગણો.
ઉત્તર:
ડેનિયલ કોષ પ્રક્રિયા : Zn_(s) + Cu²⁺_(aq) → Zn²⁺_(aq) + Cu_(s)
ઍનૌડ (ઑક્સિડેશન) અર્ધકોષમાં Zn_(s) નું Zn²⁺ માં ઑક્સિડેશન થાય છે અને દ્રાવણમાં Zn²⁺ ની સાંદ્રતા વધતી જાય છે. આ જ સમયે કેથોડ અર્ધકોષમાં Cu²⁺ નું Cu માં રિડક્શન થતું હોવાથી Cu²⁺_(aq) ની સાંદ્રતા ઘટતી જાય છે.
પરિણામે ઍનોડ (Zn|Zn²⁺) માં વૉલ્ટેજ વધતો અને કેથોડ (Cu²⁺ | Cu) માં ઘટતો જાય છે.
કેટલાક સમય પછીથી Zn²⁺ અને Cu²⁺ ની સાંદ્રતામાં ફેરફાર થતો નથી. બંને અર્ધકોષમાં એક સમાન પોટેન્શિયલ થાય છે. કોષનો પોટેન્શિયલ E_cell શૂન્ય વોલ્ટ બને છે અને પ્રક્રિયા અટકી જાય છે. “આ સ્થિતિમાં કોષ સંતુલન સ્થિતિ પ્રાપ્ત કરે તેમ કહેવાય.”
Zn_(s) + Cu²⁺_(aq) → Zn²⁺_(aq) + Cu_(s)

સંતુલને સંતુલન અચળાંક =K_C
સંતુલને Zn²⁺_(aq) નું સાંસ = [Zn²⁺] અને
સંતુલને Cu²⁺_(aq) નું સાંસ = [Cu²⁺] હોય તો
K_c = \(\frac{\left[\mathrm{Zn}_{(\mathrm{aq})}^{2+}\right]}{\left[\mathrm{Cu}_{(\mathrm{aq})}^{2+}\right]}\)
આ પરિસ્થિતિમાં (સંતુલને) E_cell = 0.0V અને n = 2 છે.
જેથી ડેનિયલ કોષના સંતુલને નર્સ્ટ સમીકરણ નીચે મુજબ થાય :

પ્રશ્ન 23.
કોઈપણ ગૅલ્વેનિક કોષ (રેડોક્ષ પ્રક્રિયા) સંતુલન સ્થિતિ પ્રાપ્ત કરે ત્યારે સંતુલન અચળાંક K_C નું સૂત્ર તારવો અને તેનો ઉપયોગ જણાવો.
ઉત્તર:
સક્રિય જથ્થાના નિયમ પ્રમાણે કોઈપણ રેડોક્ષ પ્રક્રિયા સંતુલન પ્રાપ્ત કરે ત્યારે = K_C = Q
સંતુલને બંને ધ્રુવોનો પોટેન્શિયલ શૂન્ય બને છે, E_cell = 0.0V હોય છે. જેથી નર્ર સૂત્ર નીચે મુજબ થાય.

જ્યાં, n = પ્રક્રિયામાં ફેરફાર થતા ઇલેક્ટ્રૉનની સંખ્યા
E^⊖ = રેડોક્ષ પ્રક્રિયા (કોષ)નો પ્રમાણિત પોટેન્શિયલ
= E^⊖_કચોક – E^⊖_{સેનોડ}

ઉપયોગ :

• પ્રક્રિયાનો સંતુલન અચળાંક પોટિન્શયલ માપીને ગન્ની શકાય છે.
• K_C નું મૂલ્ય પ્રક્રિયા થવાનું પ્રમાણ આપે છે. જો K_C નું મૂલ્ય ઘણું જ મોટું હોય તો પ્રક્રિયા પુરોગામી દિશામાં અધિક પ્રમાણમાં થાય છે અને નીપજો વધારે હોય છે.

પ્રશ્ન 24.
કોષ પ્રક્રિયાની ગિબ્સની મુક્તઊર્જાના ફેરફાર (Δ_rG) અને કોષ પોટેન્શિયલના સંબંધ વિશે લખો.
ઉત્તર:
વિદ્યુતકાર્ય (ω_ele) : 1 સેકન્ડમાં થયેલું વિદ્યુતકાર્ય, વિદ્યુતીય પોટેન્શિયલ (E) અને પસાર થયેલ કુલ વિદ્યુતભાર (F) ના ગુણાકારના જેટલું હોય છે.
ω_ele = EF
ધારો કે, ગૅલ્વેનિક કોષમાંથી મહત્તમ કાર્ય (ω_max) મેળવવું હોય તો, વિદ્યુતભાર પ્રતિવર્તી રીતે પસાર કરવો જોઈએ. “ગૅનિક કોષમાં થયેલું પ્રતિવર્તીય કાર્ય તેની ગિબ્સઊર્જાના ઘટાડા બરાબર હોય છે.”
ω_ele = -Δ_rG
જો કોઈ કોષનો emf = E અને પસાર કરેલો વિદ્યુતભાર = nF હોય તો, પ્રક્રિયાની ગિબ્સઊર્જા Δ_rG નીચે પ્રમાણે થાય.
Δ_rG = – nFE_cell
જ્યાં, E_cell તે ગહન (વિશિષ્ટ) ગુલધર્મ છે, Δ_rG તે માત્રાત્મક ઉષ્માગતિયકીય ગુણધર્મ છે અને તેનું મૂલ્ય nની ઉપર આધાર રાખે છે.
જો પ્રક્રિયામાં ભાગ લેતા બધાં જ સ્વિસીઝનની સાંદ્રતા એક હોય તો, E_cell = E^⊖_cell અને Δ_rG^⊖ = nFE^⊖_cell = +ω_ele
આમ, E^⊖_cell માપીને Δ_rG^⊖ ગણી (મેળવી) શકાય છે.
Δ_rG^⊖ ના મૂલ્યનો ઉપયોગ કરીને સંતુલન અચળાંક નીચેના સૂત્રથી ગણી શકાય.
Δ_rG^⊖ = -RTln K = -2.303 RT log K

પ્રશ્ન 25.
વિધુતીય અવરોધ (R) એટલે શું ? તેના વિશે લખો.
ઉત્તર:
કોઈ પણ એકસરખા વાહક પદાર્થનો વિદ્યુતીય અવરોધ (R) તેની લંબાઈ (l)ના સમપ્રમાણમાં અને તેના આડછેદ (A)ના ક્ષેત્રફળ (વિસ્તાર)ના વ્યસ્ત પ્રમાણમાં હોય તો,
R ∝ \( \frac{l}{\mathrm{~A}}\)
R = ρ \( \frac{l}{\mathrm{~A}}\)
ρ = સમપ્રમાણતાનો એકમ
જ્યાં, p એટલે ગ્રીક ‘રહો, છે.

(નોંધ: તેનો ઉચ્ચાર ‘રહો’ તરીકે કરો.) તેને સમપ્રમાણતાનો અચળાંક તથા પ્રતિરોધકતા કે વિશિષ્ટ અવરોધ કહે છે. વિદ્યુતીય અવરોધ R નું મૂલ્ય ઓહ્મમાં મપાય છે. ઓમની સંજ્ઞા Ω છે. વિદ્યુત અવરોધ (R)નું મૂલ્ય ‘વ્હીટસ્ટોન બ્રિજ’ નામના ઉપકરણ વડે માપવામાં આવે છે.

અવરોધનો પાયાનો (SI) એકમ (kg m²)/(S³A²) બરાબર છે.
જ્યાં, A = ક્ષેત્રફળ અને S = સીમેન્સ
1 ઓમ = 1Ω = 1 kg m²/S³ A²
1Ω m = 100Ω cm અથવા 1Ω cm = 0.012 m

પ્રશ્ન 26.
પ્રતિરોધકતા અથવા વિશિષ્ટ અવરોધ (ρ)ની વ્યાખ્યા આપી તેના વિશે લખો.
ઉત્તર:
“પદાર્થની પ્રતિરોધકતા તે એકમ લંબાઈ (1 મીટર) અને આડછેદનું ક્ષેત્રફળ (1m²) એકમ ધરાવતા વાહકનો અવરોધ છે.
R ∝ \(\frac{l}{\mathrm{~A}} \)
∴ R = ρ \(\frac{l}{\mathrm{~A}} \) તથા ρ= R\(\left(\frac{\mathrm{A}}{l}\right) \)
એકમ : પ્રતિરોધકતાનો SI એકમ ઓહ્મ મીટર (Ω m) છે. કેટલીકવાર ઓમ સેન્ટિમીટર (Ω cm) એકમ પણ વપરાય છે.

નોંધ: IUPAC પ્રમાણે ‘પ્રતિરોધકતા’ શબ્દનો ઉપયોગ ‘અવરોધકતા’ તરીકે કરાય છે. ટૂંકમાં, પ્રતિરોધકતા એટલે અવરોધતા.
ρ નો SI એકમ = R\(\left(\frac{\mathrm{A}}{l}\right) \)
જાયાં, A = 1 m²
l = 1 m, R = ρ
= \(\frac{(\Omega)(m)^2}{m} \) = Ω m
1Ω m = 100Ω C m
1Ω cm = 0.01Ω m

પ્રશ્ન 27.
વાહકતા એટલે શું ? તેના વિશે લખો.
ઉત્તર:
વાહકતા (G) : અવરોધ (R) ના વ્યસ્તને વાહકતા (G) કહે છે.
∴ G = \(\frac{l}{\mathrm{R}}=\frac{\mathrm{A}}{\rho l}=k\left(\frac{\mathrm{A}}{l}\right)\)

વાહકતા (G) નો SI એકમ : સીમેન્સ છે, જેની સંજ્ઞા S છે અને ohm^-1 બરાબર થાય છે. તે mho અથવા Ω^-1 થી પણ દર્શાવાય.
1S = સોહમ^-1 = 1 Ω^-1 = 1 mho
વિદ્યુતવિભાજય દ્વાવણમાં રહેલા આયનોના અવરોધના કારણે તેમાં વિદ્યુતનું વહન ઓછા પ્રમાણમાં થાય છે,

પ્રશ્ન 28.
વિશિષ્ટ વાહકતા (k) વિશે લખો.
ઉત્તર:
પ્રતિરોધકતા (ρ) ના વ્યસ્તને વાહકતા (વિશિષ્ટ વાહકતા કહે છે. તેની સંજ્ઞા k(ગ્રીક કપ્પા) છે.
k= \(\frac{1}{\rho} \)
IUPAC એ વિશિષ્ટ વાહકતા સ્થાને વાહકતા પર્યાયની ભલામણ કરેલી છે. તેનો SI એકમ Sm^-1 નેS cm^-1 તરીકે અભિવ્યક્ત કરાય છે.
જે કોઈ પદાર્થની લંબાઈ 1m અને તેના આડછેદનું ક્ષેત્રફળ 1m? હોય ત્યારે તે પદાર્થની વાહકતા ને S cm^-1 માં અભિવ્યક્ત કરાય છે.

‘
પ્રશ્ન 29.
વાહકતા શાના ઉપર આધાર રાખે છે ?
ઉત્તર:
વાહકતા મુખ્ય ત્રણ પરિબળ પર આધાર રાખે છે.

• પદાર્થનો સ્વભાવ (પ્રકૃતિ)
• તાપમાન
• દબાણ

પ્રશ્ન 30.
ધાત્વીય અથવા ઇલેક્ટ્રૉનીય વાહકતા એટલે શું ? તે શાના ઉપર આધાર રાખે છે ?
ઉત્તર:
વ્યાખ્યા : ધાતુઓ દ્વારા વિદ્યુતીય વાહકતાને ધાત્વીય અથવા ઇલેક્ટ્રૉનીય વાહકતા કહે છે. ધાત્વીય વાહકતા ઇલેક્ટ્રોનના સંચલન (ગતિ)ના કારણે થાય છે.

ઇલેક્ટ્રૉનની વાહકતાનો આધાર

• ધાતુના સ્વભાવ (પ્રકૃતિ)
• ધાતુનાં બંધારણ
• ધાતુમાં સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા પ્રતિપરમાણુ
• તાપમાન : તાપમાન વધે તો વાહકતા ઘટે છે.

ધાતુમાં ઇલેક્ટ્રૉનીય વહન થાય ત્યારે ઇલેક્ટ્રૉન ધાતુના એક છેડેથી દાખલ થઈને બીજા છેડેથી બહાર નીકળી જાય છે, જેથી ધાત્વીય વાહકતાનું સંઘટન બદલાતું નથી.

પ્રશ્ન 31.
આયનીય વાહકતા એટલે શું ? તે શાની ઉપર આધાર રાખે છે ?
ઉત્તર:
વ્યાખ્યા : વિદ્યુતવિભાજ્યને પાણીમાં ઓગાળવામાં આવે છે ત્યારે વિદ્યુતવિભાજયના આયનો દ્રાવણમાં જાય છે, “જલીય દ્રાવણમાં હાજર વિદ્યુતવિભાજ્યના આયનો વડે થતા વિદ્યુત વહનને ‘આયનીય વાહકતા’ અથવા ‘વિદ્યુતવિભાજનીય વાહકતા’ કહે છે. H₂ Oની આયનીય વાહકતા ઘણી જ ઓછી 3.5 x 10^-5 S m⁻¹ છે.

આયનીય વાહકતાનો આધાર

• ઉમેરેલા વિદ્યુતવિભાજયનો સ્વભાવ (પ્રકૃતિ)
• નીપજેલા (બનેલા) આયનોના કદ અને આ આયનોનું દ્રાવકોજન (solvation)
• દ્રાવકનો સ્વભાવ અને તેની સ્નિગ્ધતા
• વિદ્યુતવિભાજયની સાંદ્રતા
• તાપમાન : તાપમાન વધે તો વાહકતા વધે છે.

આયનીય દ્રાવણમાં સીધી (DC) વિદ્યુતપ્રવાહ લાંબા સમય માટે પસાર કરતાં પ્રક્રિયા થાય છે અને સંઘટનના ફેરફાર થાય છે.

પ્રશ્ન 32.
વાહકતાની માત્રાના આધારે વાહકોના વર્ગીકરણ વિશે લખો.
ઉત્તર:

(D) અતિવાહકો : જે પદાર્થોની પ્રતિરોધતા શૂન્ય હોય અથવા જે અનંત વાહકતા ધરાવે છે તેમને અતિવાહકો કહે છે. ઉદા., અગાઉ ધાતુઓ અને તેમની મિશ્રધાતુઓ ઘણાં નીચા તાપમાને (0 થી 158) અતિવાહકો તરીકે જાણીતા હતા. હવે અસંખ્ય સિરામિક પદાર્થો અને મિશ્ર ઑક્સાઇડ 150 K જેટલા ઊંચા તાપમાને અતિવાહકતા દર્શાવે છે.

પ્રશ્ન 33.
આયનીય દ્રાવણના અવરોધના માપનની સમસ્યાઓ વિશે લખો.
અથવા
આયનીય દ્રાવણનો અવરોધ માપવામાં સમસ્યા અને તેનાં નિવારણો સમજાવો.
ઉત્તર:
આયનીય દ્રાવોની વાહકતા (k) તે દ્રાવણના અવરોધના વ્યસ્ત પ્રમાણમાં હોય છે.
K = \(\frac{\mathrm{G}^*}{\mathrm{R}}\)
આયનીય દ્રાવણનો ચોક્કસ અવરોધ વ્હીટસ્ટોન બ્રિજની મદદથી માપી શકાય છે, જોકે અવરોધના માપનમાં બે સમસ્યાઓ છે.

સમસ્યા-(i) : સીધો (DC) પ્રવાહ પસાર કરાય તો દ્રાવૠનું વિદ્યુતવિભાજન થઈને સંઘટન બદલાય છે અને દ્રાવણની સાંદ્રતા તથા અવરોધ બદલાતો રહે છે, જે ધ્રુવીયકરણ અસર છે.
નિવારણ: આ સમસ્યાનું નિવારણ કરવા માટે ઊલટ-સૂલટ પ્રવાહ (AC) નો સ્રોત વપરાય છે, જેની આવૃત્તિ 550 થી 5000 cps શ્રાવ્ય વિભાગની હોય છે પણ તેના માપન માટે ગૅલ્વેનોમીટરના સ્થાને કેડફોન વપરાય છે.

સમસ્યા-(ii) : વિદ્યુતવિભાજ્યના દ્રાવજ્ઞને વ્હીટસ્ટોન બ્રિજની સાથે ધાત્વીય વાયર અથવા ઘન વાહકથી જોડી શકાતું નથી. નિવારણ : આ બીજી સમસ્યા દૂર કરવા માટે ખાસ ડિઝાઇન કરેલું ઉપકરણ વપરાય છે. જેને વાહકતા કોષ’ કહે છે. આ વાહકતા કોષમાં આયનીય દ્રાવણ ભરીને દ્રાવક્ષનો અવરોધ અથવા વાહકતા માપવામાં આવે છે.

પ્રશ્ન 34.
વાહકતા કોશની રચના અને ઉપયોગ આપો.
ઉત્તર:
તે વિદ્યુતવિભાજયના દ્રાવણની આયનીય વાહકતા/અવરોધ માપવાનું સાધન છે.
વાહકતા કોષો ઘણી ડિઝાઇનના મળે છે. વાહકતા કોષની બે સાદી ડિઝાઇનો આકૃતિમાં દર્શાવી છે.

રચના : મૂળભૂત રીતે આ કોષ બે પ્લેટિનમનાં ધ્રુવો ધરાવે છે. દરેકમાં પ્લેટિનમ બ્લેકનું પડ Pt ઉપર ચઢાવેલ હોય છે.
આમાં Pt ધ્રુવ ઉપર વિદ્યુતરાસાયણિક રીતે સૂક્ષ્મ વિભાજિત Pt ના બારીક કો નિક્ષેપિત કરેલા હોય છે. આ ઇલેક્ટ્રોડ ઉપર પ્લેટિનમ બ્લૅકનું સ્તર ધ્રુવીયકરણ અસર અને પ્રક્રિયાઓ ઘટાડે (અટકાવે) છે.
ઉપયોગ : વાહકતા કોષની મદદથી અજ્ઞાત દ્રાવણની વાહકતા તથા અવરોધ માપી શકાય છે.

પ્રશ્ન 35.
વાહકતા કોષનો અચળાંક એટલે શું ? અથવા વાહતા કોષના અચળાંક (G*) નું માપન વિશે લખો.
ઉત્તર:
વાહકતા કોષમાં \(\left(\frac{l}{\mathrm{~A}}\right) \) રાશિને કોષ અચળાંક કહે છે અને તેની સંજ્ઞા G* છે.
G* = \(\left(\frac{l}{\mathrm{~A}}\right) \)
જ્યાં, I = કોષના બે ધ્રુવો વચ્ચેનું અંતર
A = આડછેદનું ક્ષેત્રફળ
જેથી જો અને A જાણતા હોઈએ તો જ કોષ અચળાંક (G*) ગણી શકાય છે. અને A નું માપન સગવડ ભરેલું નથી અને અવિશ્વસનીય હોય છે.

(A) કોષના અવરોધનું માપન:
સામાન્ય રીતે પ્રયોગો દરમિયાન વાહકતા કોષ એકનો એક જ ઉપયોગમાં લેવાય છે. કોષ અચળાંકના મૂલ્યનું માપન સામાન્ય રીતે જે દ્રાવણની વાહકતા જાણીતી હોય તેવું દ્રાવણ ધરાવતા કોષનો અવરોધ માપીને કરાય છે. આપણે સામાન્ય રીતે ના દ્રાવણને વાહકતા કોષમાં ભરીને કોષના અવરોધનું માપન કરીએ છીએ. આ KCl ના દ્રાવણની વાહકતા ભિન્ન તાપમાન અને ભિન્ન સાંદ્રતાઓએ જાણીતી હોય છે. આ મૂલ્ય ચોક્કસ હોય છે અને નીચેના કોષ્ટક પ્રમાણે લેવાય છે.

298.15K તાપમાને KC દ્રાવણોની વાહકતા અને મોલર વાહકતા

વાહકતા કોષમાં 0.1MKCIનું દ્રાવણ ભરીને આ કોષનો અવરોધ (R) માપવામાં આવે છે. જેના વડે કોષ અચળાંક ગણાય છે.
(B) રીત : જાન્નીની સાંદ્રતાના KCl ના દ્વાવણને વાહકતા કોષમાં ભરી, AC વિદ્યુતસ્રોત સાથે જોડી વ્હીટસ્ટોન બ્રિજની સાથે જોડાણ કરાય છે.

(C) કોષ અચળાંક G* ની ગણતરી : G* = \(\left(\frac{l}{\mathrm{~A}}\right) \) = Rk
R = KCl ના દ્રાવણનો અવરોધ, પ્રયોગથી માપેલું મૂલ્ય.
k = KCl ના દ્રાવણની વાહકતા ઉપરના કોઠામાંથી લેવી.
G* = કોષ અચળાંક, પ્રયોગશાળાના તાપમાને જેની ગણતરી કરાય છે.
નોંધઃ આ રીતે કોષ અચળાંક મેળવાય છે અને કોઈપણ અન્ય દ્રાવણની વાહકતા માપવામાં ઉપયોગમાં લેવાય છે.

પ્રશ્ન 36.
વિદ્યુતવિભાજયનાં દ્રાવણનો અવરોધના માપન અને ગણતરી સમજાવો.
ઉત્તર:
(A) સૌપ્રથમ વાહકતા કોષનો અચળાંક (G*) નક્કી કરો : આ કોષનો ઉપયોગ કરીને કોઈપણ દ્રાવણનો અવરોધ અથવા આયનીય વાહકતાનું માપન કરાય છે.
રીત : જાન્નીની સાંદ્રતાના KCl ના દ્વાવણને વાહકતા કોષમાં ભરી, AC વિદ્યુતસ્રોત સાથે જોડી વ્હીટસ્ટોન બ્રિજની સાથે જોડાણ કરાય છે.
કોષ અચળાંક G* ની ગણતરી : G* = \(\left(\frac{l}{\mathrm{~A}}\right) \) = Rk
R = KCl ના દ્રાવણનો અવરોધ, પ્રયોગથી માપેલું મૂલ્ય.
k = KCl ના દ્રાવણની વાહકતા ઉપરના કોઠામાંથી લેવી.
G* = કોષ અચળાંક, પ્રયોગશાળાના તાપમાને જેની ગણતરી કરાય છે.
નોંધઃ આ રીતે કોષ અચળાંક મેળવાય છે અને કોઈપણ અન્ય દ્રાવણની વાહકતા માપવામાં ઉપયોગમાં લેવાય છે.

(B) દ્રાવણના અવરોધનું માપન : અવરોધના માપન માટેની ગોઠવણી નીચેની આકૃતિ પ્રમાણે છે.

જ્યાં, R₃ અને R₄ તે બે અવરોધ જાણીતા છે.
R₁ ચલ અવરોધ છે અને R₂ વાહકતા કોષનો અવરોધ છે. O તે આંદોલક છે. જે બીટસ્ટોન બ્રિજને AC વિદ્યુત પુરવઠો આપે છે. જેની શક્તિ 550 થી 5000 cps શ્રાવ્ય વિભાગની હોય છે.
P તે યોગ્ય સંસૂચક છે જે હેડફોન અથવા ઇલેક્ટ્રૉનીય ઉપકરણ હોય છે.
આ સંસૂચક (નિર્દેશક) શૂન્ય પ્રવાહ પસાર થાય તેમ વ્હીટસ્ટોન બ્રિજને સંતુલિત (ગોઠવવામાં કરાય છે.

(C) દ્રાવણના અવરોધની ગણતરી : આ પરિસ્થિતિમાં અજ્ઞાત દ્રાવણનો અજ્ઞાત અવરોધ (R₂) નીચેનાં સૂત્રથી ગણાય છે.
R₂ = \(\frac{\mathrm{R}_1 \mathrm{R}_4}{\mathrm{R}_3}\) = R
હાલમાં વાહકતામીટર મળે છે, જે બહુ ખર્ચાળ હોતાં નથી.
વિદ્યુત અવરોધ R ઓલ્ડ્સમાં મપાય છે, જેની સંજ્ઞા Ω છે.
R = ρ\(\left(\frac{l}{\mathrm{~A}}\right)=\frac{1}{k}\left(\frac{l}{\mathrm{~A}}\right)=\frac{\mathrm{G}^*}{k} \)
જ્યાં, અવરોધ = R,
કોષ અચળાંક = G* = \(\frac{l}{\mathrm{~A}} \)
પ્રતિરોધકતા = ρ (રહો), દ્રાવણની વાહકતા = k (કપ્પા)

પ્રશ્ન 37.
અજ્ઞાત દ્રાવણની આયનીય વાતા કેવી રીતે પ્રાપ્ત કરાય ?
ઉત્તર:

• સૌપ્રથમ કોષ અચળાંક નક્કી કરવો.
• ત્યારબાદ અજ્ઞાત દ્રાવણનો અવરોધ (R) નક્કી કરવો.
• દ્રાવાની વાહકતા (k) ની ગણતરી નીચે આપેલ સૂત્ર વડે કરાય છે.

વાહકતાનો SI એકમ S m^-1 અને ઘણીવાર S cm^-1 પણ લખાય છે.

પ્રશ્ન 38.
દ્રાવણની મોલર વાહકતા (∧_m) વિશે લખો.
ઉત્તર:
ચોક્કસ તાપમાને એક જ દ્વાવકમાં ભિન્ન વિદ્યુતવિભાજ્યના દ્રાવણોની વાહકતા જુદી-જુદી હોય છે. કારણ કે વિદ્યુતવિભાજ્ય જે આયનોમાં વિયોજિત થાય છે, તે આયનોના વીજભાર અને કદ છે. આ આયનો કેટલી સરળતાથી આયનોના સાંદ્રણ અથવા પોટેન્શિયલ દ્રવળતાની અસર હોવાથી ઘૂમે (ગતિ કરે) તે છે અને તેના ઉપર હોય છે. આમ, દ્રાવણની આયનીય વાહકતાને વધારે અર્થપૂર્ણ માટેની શિ ‘મોલર વાહકતા’ છે. મોલર વાહક્તાની સંજ્ઞા ∧_m (∧ = લામ્બડા ગ્રીક અક્ષર છે) મોલર વાહકતા (∧_m) ને નીચે પ્રમાણે ગાણિતીય સૂત્રથી વ્યાખ્યાયિત કરાય છે.

∧_m = \(\frac{k}{c} \) Sm² mol^-1 અથવા ∧_m = \(\frac{1000 k}{c} \)
જ્યાં,
k = દ્રાવણની વાહકતા (તેનો એકમ S m^-1)
c = દ્રાવણની સાંદ્રતા (તેનો એકમ mol m^-3)
∧_m = દ્રાવણની મોલર વાહકતા
∴ ∧_m = \(\frac{k\left(\mathrm{~S} \mathrm{~m}^{-1}\right)}{c\left(\mathrm{~mol} \mathrm{~m}^{-3}\right)}=\frac{k}{c} \) S m² mol^-1 છે.

જેથી ∧_m નો એકમ S m² mol^-1 છે.
પણ 1 mol m^-3 = 1000 (L/m³) મોલારિટી (mol/L)

જો નો એકમ S cm^-1 અને સાંદ્રતાને માટે mol cm⁻³ માં લઈએ તો ∧_m નો એકમ S cm² mol^-1 થાય છે.
જેની ગણતરી નીચે મુજબ છે.

∴ ∧_m = \(\frac{k}{c}\) S cm² mol^-1 સથવા Ω^-1 cm² mol^-1
સામ 1 S m² mol^-1 = 10⁴ S cm² mol^-1
સથવા S m² mol^-1 = 10⁴ S cm² mol^-1

પ્રશ્ન 39.
દ્રાવણની સાંદ્રતામાં ફેરફારો કરવાથી દ્રાવણની વાહકતામાં થતાં ફેરફાર વિશે લખો.
ઉત્તર:
વિદ્યુતવિભાજયના દ્રાવણની સાંદ્રતા બદલાય તો, તે દ્રાવણની વાહકતા (k) તેમજ મોલર વાહકતા (∧_m) બંને બદલાય છે. નિર્બળ તેમજ પ્રબળ વિદ્યુતવિભાજ્યનાં દ્રાવોની સાંદ્રતા ઘટે તો હંમેશાં વાહકતામાં ઘટાડો થાય છે.
કારણકે, જો વિદ્યુતવિભાજયના દ્રાવણનું મંદન કરાય તો તે મંદ દ્રાવણના એકમ કદમાં આયનોની સંખ્યા ઘટે છે અને આયનનો પ્રવાહને લઈ જતા હોય છે. દ્વાવલમાં વિદ્યુતપ્રવાહનું વહન આયનોની ગતિથી થાય છે.
દ્રાવણની વાહકતા : આપેલી કોઈપણ સાંદ્રતાઓ દ્રાવણની વાહકતા તે 1 એકમ વિસ્તારના આડછેદના અને એક એકમ લંબાઈના અંતરે રાખેલા Pt બે વિદ્યુતધ્રુવોની વચ્ચેના એકમ કદના દ્રાવણની વાહકતા છે.

જો દ્વાવણની વાહકતા = G
વાહકના આડછેદનું ક્ષેત્રફળ = A
બે Pt ધ્રુવો વચ્ચેનું અંતર = I તો,
G =k \(\left(\frac{\mathrm{A}}{l}\right) \)
પણ જો A = 1 અને l = 1 તો,
G = k\(\left(\frac{\mathrm{A}}{l}\right) \)
∴ G = k = દ્વાવણની વાહકતા

દ્વાવણની મોલર વાહકતા (∧_m) અને દ્રાવણનું કદ : આપેલી સાંદ્રતાએ બે Pt વિદ્યુતધ્રુવો જેમના આડછેદ A અને l એકમ કદની લંબાઈના Pt ધ્રુવની વચ્ચે રાખેલા દ્વાવણના કદ V કે જે l મૌલ વિદ્યુતવિભાજ્ય ધરાવે છે, તેની વાહકતા (∧_m) છે.
∧_m = \(\frac{k \mathrm{~A}}{l} \)
જો A = 1 તથા l = 1 તો, ∧_m = k
જો l = 1, A = V = 1 મોલ વિદ્યુતવિભાજ્ય ધરાવતું દ્રાવણ તો,
∧_m = kV

આમ, એકમ આડછેદ (A) અને એકમ લંબાઈ 1 ના અંતરે સમાંતર રહેલા બે Pt ધ્રુવોની વચ્ચે ભરેલા 1 મોલ વિદ્યુત- વિભાજ્યના V કદના દ્વાવણની વાહકતાને ભરેલા (રાખેલા) દ્રાવલની મોલર વાહકતા કહે છે.
દ્રાવણની મોલર વાહકતામાં સાંદ્રતાના ફેરફારની અસર: જે આ દ્રાવણની સાંદ્રતામાં ઘટાડો કરવામાં આવે તો, 1 મોલ વિદ્યુતવિભાજ્ય ધરાવતા દ્રાવણનું કુલ કદ (V) વધે છે અને દ્રાવણની મોલર વાહકતા વધે છે તથા દ્રાવણનું કદ વધારતાં સાંતા ઘટે છે.

દ્રાવણની સાંદ્રતાનો ઘટાડો એટલે દ્રાવણને મંદ બનાવવું દ્વાવણના મંદનના કારણે વાહકતા k માં થતો ઘટાડો તેના કદ (V) માં થયેલા વધારાને સરભર કરતાં વધારે હોય છે.
આપેલી સાંદ્રતાએ ∧_m એ વિદ્યુતવિભાજયના બે દ્રાવણની વાહકતા છે જેને વાહકતા કોષના બે Pt ધ્રુવોની વચ્ચે એકમ અંતરે રાખેલા છે પણ એટલો મોટો આડછેદ ધરાવે છે કે જે દ્રાવણ 1 પૂરતા કદને સમાવી શકે, જે દ્રાવણ 1 મોલ વિદ્યુત- વિભાજ્ય ધરાવે છે.

સીમિત મોલર વાહકતા : જ્યારે દ્રાવણની સાંદ્રતા શૂન્ય તરફ જાય છે. ત્યારે મૌલર વાહકતાને સીમિત વાહકતા કહે છે. સીમિત વાહકતાની સંજ્ઞા ∧_m⁰ છે.
ચલની સાંદ્રતાના ફેરફાર પ્રબળ અને નિર્બળ વિદ્યુતવિભાજ્યના દ્રાવોના માટે એક સમાન નહીં પણ ભિન્ન હોય છે.

પ્રશ્ન 40.
પ્રબળ વિદ્યુતવિભાજ્યો એટલે શું ? પ્રબળ વિદ્યુતવિભાજ્યના દ્વાવણની મોલર વાહકતા અને સાંદ્રતાનો સંબંધ સમજાવો.
ઉત્તર:
(a) પ્રબળ વિદ્યુતવિભાજ્યો : જે વિદ્યુતવિભાજ્યોનું તેમના જલીય દ્રાવણમાં વધારે આયનીકરણ થાય તેમને પ્રબળ વિદ્યુતવિભાજ્ય કહે છે. પ્રબળ વિદ્યુતવિભાજ્યનાં દ્વાવણોની વાહકતા વધારે હોય છે. ઉદા. KCl, NaCl, KNO₃, NaNO₃, MgCl₂, CaCl₂, MgSO₄, વગેરે, પ્રબળ બેઇઝ અને પ્રબળ ઍસિડના ક્ષારો પ્રબળ વિદ્યુતવિભાજ્યો છે.

(b) ∧_m નું મૂલ્ય અને દ્રાવણની સાંદ્રતા ઃ પ્રબળ વિદ્યુતવિભાજ્ય નું મૂલ્ય દ્રાવણના મંદનની સાથે ધીરે-ધીરે વધે છે.
∧_m = ∧_m⁰ – A c ^½
જ્યાં, ∧_m = પ્રબળ વિદ્યુતવિભાજ્યની દ્વાવણની મોલર વાહકતા
∧_m⁰ = પ્રબળ વિદ્યુતવિભાજયના દ્રાવણની સીમિત મોલર વાહકતા

A = અચળાંક = આલેખનો ઢાળ ઋણ છે.

A નું મૂલ્ય

• વિદ્યુતવિભાજ્યનો પ્રકાર (+ve અને -ve) આયનની 1 – 1, 1− 1, 2 – 1, 2 – 2 વગેરે.
• તાપમાન અને
• દબાણ ઉપર આધાર રાખે છે.

એક જ પ્રકારના બધા જ વિદ્યુતવિભાજ્યોના ∧_m નાં મૂલ્યો સમાન હોય છે.

પ્રશ્ન 41.
આયનોના સ્વતંત્ર અભિગમનો કોહલરોશનો નિયમ અને પ્રબળ વિધુતવિભાજ્યના સીમિત મોલર વાહકતા ∧_m⁰ વિશે લખો.
ઉત્તર:
કોહલરોશે પ્રબળ વિદ્યુતવિભાજ્યનાં દ્રાવક્કોના∧_m⁰ નો અભ્યાસ કરી અને કેટલીક નિયમિતતા તારવી. તેણે NaX અને X નાં (જ્યાં, X = Cl, Br, I) તેવા વિદ્યુતવિભાજ્યો ∧_m⁰ નાં મૂલ્યોના તફાવતની નોંધ કરી.
દા.ત., 298 K તાપમાને

કોહલરોશનો નિયમ : ઉપરનાં અવલોકનો પરથી તેમણે આયનોના સ્વતંત્ર અભિગમનો નિયમ આપ્યો.
નિયમ : પ્રબળ વિદ્યુતવિભાજયની સીમિત મોલર વાહક્તા (∧_m⁰) તે વિદ્યુતવિભાજ્યના ધન આયન અને ઋણ આયનના વ્યક્તિગત મોલર વાહકતા ( λ_m⁰)ના ફાળાના સરવાળાના બરાબર (જેટલી) હોય છે.
જો λ⁰_Na⁺ = સોડિયમ આયનની સીમિત મોલર વાહકતા
λ⁰_Cl^– = ક્લોરાઇડ આયનની સીમિત મોલર વાહકતા

જો કોઈપણ વિદ્યુતવિભાજ્યના વિયોજનથી ધન આયન v₊ અને ઋણ આયન v_– બનતા હોય અને મોલર સીમિત વાહકતા અનુક્રમે λ⁰₊ અને λ⁰_– હોય તો વિદ્યુતવિભાજ્યની મોલર સીમિત વાહકતા ∧_m⁰ નીચે પ્રમા થાય છે.
∧_m⁰ = v₊ λ⁰₊ + v_– λ⁰_–

પ્રશ્ન 42.
નિર્બળ વિદ્યુતવિભાજ્ય એટલે શું ? નિર્બળ વિદ્યુતવિભાજ્યના દ્રાવણની સાંદ્રતા અને મોલર વાહકતાનો સંબંધ આલેખ આપી સમજાવો.
ઉત્તર:
(a) જે વિદ્યુતવિભાજયનું તેના જલીય દ્રાવણમાં ઓછું આયનીકરણ (વિયોજન) થાય, તેને નિર્બળ વિદ્યુતવિભાજ્ય કહે છે. તેમના જલીય દ્રાવણમાં આયનીય સંતુલન હોય છે. ઉદા., CH₃COOH, NH₄OH વગેરે નિર્બળ વિદ્યુતવિભાજયો છે.

(b) નિર્બળ વિદ્યુતવિભાજ્યના દ્રાવણની ∧_m અને સાંદ્રતા : નિર્બળ વિદ્યુતવિભાજયના દ્રાવણની સાંદ્રતા ઘટે તેમ મોલર વાહકતા ∧_m વધે છે. કારણ કે સાંદ્રતામાં ઘટાડો થતાં આયનોનાં સાંદ્રણ તથા વિચરણ વધે છે. “ઑસ્વાલ્ડના મંદનના નિયમ પ્રમાણે નિર્બળ વિદ્યુતવિભાજ્ય (દા.ત., CH₃COOH)નાં દ્વાવણની સાંદ્રતામાં ઘટાડો કરવાથી તેની વાહકતામાં વિશેષ વધારો થાય છે.”

(c) મંદન કરવાથી વાહકતા (∧_m) ના ફેરફારની સમજૂતી : એસિટિક ઍસિડ જેવા નિર્બળ વિદ્યુતવિભાજ્યનો વિયોજન અંશ (α) ઊંચી સાંદ્રતાએ નીચો હોય છે. આથી નિર્બળ વિદ્યુત- વિભાજ્યના દ્રાવણના મંદન સાથેનાં થતાં ફેરફારો વિયોજન અંશ (α) ના વધારાની સાથે આયનો વધવાથી વર્ષ છે. પરિણામે 1 મોલ નિર્બળ વિદ્યુતવિભાજ્ય ધરાવતા દ્રાવણનું કુલ કદ, મંદનથી વધે છે અને આયનો વધવાથી દ્રાવણની ∧_m તીવ્ર રીતે વધે છે.

નિર્બળ વિદ્યુતવિભાજ્યના દ્રાવણની ∧_m⁰, A નાં માપન આ આલેખ સુરેખ નથી પણ વક્ર છે.
આ આલેખમાં ચોક્કસ ઢાળ રચાતો નથી, માટે ઢાળ તથા A નું મૂલ્ય મેળવી શકાતું નથી.
આ આલેખ આંતરછેદ ધરાવતો નથી, ∧_m⁰ નું મૂલ્ય પ્રાપ્ત કરી શકાતું નથી. કારણ કે ∧_m ના મૂલ્યોને શૂન્ય સાંદ્રતાએ પત્ર આંતરછેદ રચાતો નથી.

પ્રશ્ન 43.
નિર્બળ વિદ્યુતવિભાજ્યના દ્રાવણની સીમિત મોલર વાહકતાના માપન વિશે લખો.
ઉત્તર:
નિર્બળ વિદ્યુતવિભાજયના દ્રાવણના અનંત મંદને એટલે કે સાંદ્રતા c → 0 વિદ્યુતવિભાજ્યનું સંપૂર્ણપણે (α = 1) વિયોજન થાય છે. આમ છતાં આવાં દ્રાવણોની વાહકતા ઘણી જ ઓછી હોવાથી ચોકસાઈપૂર્વક માપી શકાતી નથી.
∧_m⁰ નું મૂલ્ય ∧_m → c ^½ ના આલેખથી મેળવી શકાતું નથી. નિર્બળ વિદ્યુતવિભાજ્યના દ્રાવણની ∧_m⁰ (સીમિત મોલર વાહકતા)નું મૂલ્ય કોહલરોશના આયનોના સ્વતંત્ર અભિગમન નિયમની મદદથી મેળવી શકાય છે.
∧_m⁰ નું મૂલ્ય વ્યક્તિગત આયનોના λ₀ ના મૂલ્યોના આધારે ગણી શકાય છે.
એસેટિક ઍસિડના જેવા વિદ્યુતવિભાજયના વિયોજન અચળાંકનું મૂલ્ય ∧_m⁰ અને ∧_m આયેલા ∧_m ના મૂલ્યથી ગણી શકાય છે.

પ્રશ્ન 44.
નિર્બળ વિદ્યુતવિભાજ્યના દ્રાવણનો k_a અને ∧_m⁰ નો મેળવો.
ઉત્તર:
ચોક્કસ તાપમાને, નિર્બળ વિદ્યુતવિભાજ્યના દ્રાવણ માટે,
જે α = દ્રાવણનો વિયોજન અંશ
c = તે દ્રાવણની સાંદ્રતા (મોલારિટી)માં
∧_m = દ્વાવણની મોલર વાહકતા
∧_m⁰ = દ્રાવણની સીમિત મોલર વાહકતા

પ્રશ્ન 45.
કોહલરોશનો આયનોના સ્વતંત્ર અભિગમનો નિયમ સમજાવો.
ઉત્તર:
નિયમ : વિદ્યુતવિભાજ્યના દ્રાવણના અનંત મંદને દ્રાવણની સીમિત મોલર વાહકતા ∧m0 નું મૂલ્ય તે વિદ્યુતવિભાજ્યના ધન આયન અને ઋણ આયનના વ્યક્તિગત (λ m0) ના સરવાળા જેટલું હોય છે.
ઉદા. જો ધન અને ઋણ આયનની સીમિત મોલર વાહકતા (અનંત મંદને વાહકતા) અનુક્રમે λm+0 અને λm–0 હોય તો દ્રાવણની સીમિત મોલર વાહકતા ∧m0 નીચે મુજબ થાય.
∧m0 = v+λm+0 + v– λm–0

સમજૂતી :
જો K+ માટે λm+0 = 73.5 અને
Br– માટે λm–0 = 78.1 S cm2 mol−1 હોય તો
KBr ના દ્રાવણની અનંત મંદને સીમિત મોલર વાહકતા ∧m0(KBr) નીચે મુજબ થાય.

પ્રશ્ન 46.
કોહલરોશનો નિયમ લખી તેનું મહત્ત્વ (ઉપયોગિતા) જણાવો.
ઉત્તર:
નિયમ : વિદ્યુતવિભાજ્યના દ્રાવણના અનંત મંદને દ્વાવણની સીમિત મોલર વાહકતા ∧_m⁰ નું મૂલ્ય તે વિદ્યુતવિભાજ્યના ધન આયન અને ઋણ આયનના વ્યક્તિગત મોલર વાહકતા (λ_m⁰) ના સરવાળા જેટલું હોય છે.
ઉપયોગો : વિદ્યુતવિભાજ્યોના દ્રાવણોની ∧_m⁰ (સીમિત મોલર વાહકતા) આયનોની λ_m⁰ ના જાણીતા મૂલ્યોથી ગણી શકાય છે.
∧_m⁰ = (v₊λ_m⁰ +v_–λ_m-⁰
નિર્બળ વિદ્યુતવિભાજયના વિયોજન અચળાંક નીચેના સૂત્રોમાં ∧_m⁰ અને ∧_m ના મૂલ્યોથી ગણાય છે.
k_a = \( \frac{c \alpha^2}{1-\alpha}=\frac{c\Lambda_{\mathrm{m}}^2}{\Lambda_{\mathrm{m}}^0\left(\Lambda_{\mathrm{m}}^0-\Lambda_{\mathrm{m}}\right)}\)
નિર્બળ વિદ્યુતવિભાજયનો વિયોજન અંશ (α) = \(\frac{\Lambda_{\mathrm{m}}}{\Lambda_{\mathrm{m}}^0}\)

પ્રશ્ન 47.
પ્રબળ અને નિર્બળ વિદ્યુતવિભાજ્યના જલીય દ્રાવણોના માટેનો ∧_m → c^½ નો આલેખ આપી તેમનો ભેદ અને ઉપયોગ સ્પષ્ટ કરો.
ઉત્તર:
પ્રબળ અને નિર્બળ વિદ્યુતવિભાજ્યના જલીય દ્રાવણના માટે ∧_m → c^½ નો આલેખ નીચે મુજબ દર્શાવેલ છે.

પ્રબળ વિદ્યુતવિભાજ્ય	નિર્બળ વિદ્યુતવિભાજ્ય
સીધી રેખા છે.	તેમાં સીધી રેખા નથી.
ઢાળ ઋણ હોવાથી A નું મૂલ્ય મેળવી શકાય છે.	તેમાંથી ઢાળ તથા A નું મૂલ્ય મેળવી શકાતું નથી.
તે આંતરછેદ રચે છે, જેથી ∧m0 મેળવી શકાય છે.	તેમાં આંતરછેદ બનતો નથી, જેથી ∧m0 મેળવી શકાતો નથી.

પ્રશ્ન 48.
વિદ્યુતવિભાજનીય કોષ એટલે શું ? તેની ઉપયોગિતાઓ વિશે લખો.
ઉત્તર:
જે કોષમાં બાહ્ય સ્રોતના વૉલ્ટેજનો ઉપયોગ રાસાયણિક પ્રક્રિયા કરવા માટે થાય છે તેને વિદ્યુતવિભાજનીય કોષ કહે છે. વિદ્યુતવિભાજનીય કોષમાં બાહ્ય વિદ્યુતઊર્જાનું રાસાયણિક ઊર્જામાં પરિવર્તન કરાય છે.
ઉપયોગ : વિદ્યુતરાસાયણિક પ્રક્રમો પ્રયોગશાળામાં તેમજ રાસાયણિક ઉદ્યોગોમાં ખૂબ જ ઉપયોગી છે.

કેટલાંક ઉપયોગો નીચે પ્રમાણે છે :

• ધાતુઓના શુદ્ધીકરણમાં : ઉદા., અશુદ્ધ કૉપરને ઊંચી શુદ્ધતાવાળા કૉપરમાં ફેરવાય છે. તેનો આ પાયો છે. તે માટે અશુદ્ધ કૉપરને ઍનોડ બનાવાય છે. જે DC પ્રવાહ પસાર કરવાથી ઓગળે છે અને દ્રાવણમાંના Cu²⁺ આયન રિડક્શન પામીને કૅથોડની ઉપર નિક્ષેપિત થાય છે.
• ધાતુઓનું મોટા પ્રમાણમાં ઉત્પાદન કરવા : ઉદા., Na, Mg, Al વગેરે ધાતુઓનું ઉત્પાદન તેમના કેટાયનોનું રિડક્શન કરીને કરાય છે. આ ધાતુઓને મેળવવા માટે કોઈપણ યોગ્ય અન્ય રિડક્શનકર્તા મળતો જ નથી ત્યારે ખૂબ ઉપયોગી છે. સોડિયમ અને મૅગ્નેશિયમ ધાતુઓ તેઓના પિગલિત ક્લોરાઇડના વિદ્યુતવિભાજનથી મેળવાય છે. અને ઍલ્યુમિનિયમ ક્રાર્યાલાઇટની હાજરીમાં ઍલ્યુમિનિયમ ઑક્સાઇડના વિદ્યુતવિભાજનથી Alનું ઉત્પાદન કરાય છે.

પ્રશ્ન 49.
સૌથી સાદો વિદ્યુતવિભાજનીય કોષ કર્યો છે ? સવિસ્તર જણાવો.
ઉત્તર:
સૌથી સાદો વિદ્યુતવિભાજનીય કોષ તે કૉપર સલ્ફેટના જલીય દ્રાવણમાં ડૂબાડેલી બે કૉપરની પટ્ટીઓ ધરાવે છે.
રચના : તે કૉપર સલ્ફેટના દ્રાવણમાં ડૂબાડેલી બે પત્નીઓ ધરાવે છે. કૉપરની બંને પટ્ટીમાંથી એક કોડ અને બીજી એનોડ તરીકે વર્તે છે.
કાર્ય : બંને ધ્રુવોમાં સીધો (DC) પ્રવાહ લાગુ પાડવામાં આવે તો કેથોડ ઋણભારિત ઉપર Cu²⁺ આયનો જાય છે અને નીચે પ્રમાણે Cu²⁺ આયનોનું રિડક્શન થાય છે.
Cu²⁺_(aq) + 2e^– → Cu_(s) ……………….. (રિડક્શન)
આમ, કેથોડ ઉપર કૉપર ધાતુનું નિક્ષેપન થાય છે. એનોડની ઉપર તેમાંની કૉપર ધાતુનું કોપર આયન Cu” માં નીચેની પ્રક્રિયા પ્રમાણે પરિવર્તન થાય છે.
Cu_(s) → Cu²⁺_(s) + 2e^– ……………………… (ઑક્સિડેશન)
આમ, એનોડમાંનો કૉપર ઓગળે છે, ઑક્સિડેશન પામે છે.

ઉપયોગ : આ રીતે અશુદ્ધ કૉપર અતિશુદ્ધ કૉપરમાં ફેરવાય છે, ઉદ્યોગમાં અશુદ્ધ કૉપરનો એનોડ બનાવવામાં આવે છે, જે પ્રવાહ પસાર કરતાં ઓગળે છે તથા શુદ્ધ કૉપર થોડની ઉપર નિક્ષેપિત થાય છે.

પ્રશ્ન 50.
ફેરાડેના નિયમ અને તેનું કાર્ય જણાવો.
ઉત્તર:
માઇકલ ફેરાડે નામના વૈજ્ઞાનિકે સૌપ્રથમ વિદ્યુતવિભાજનની જથ્થાત્મક બાબતોનું વર્ણન કર્યું વિદ્યુતવિભાજ્યનાં દ્વાવણો અને પિગલિત માટેના સધન સંશોધનો પછી 1833-3-4 માં ફેરાર્ડનાં પરિણામો જાણીતા છે.

ફેરાડેએ વિદ્યુતવિભાજનના બે નિયમો સ્વરૂપે આ પરિણામો રજૂ કર્યાં.

• પ્રથમ નિયમ : વિદ્યુતપ્રવાહને કારણે વિદ્યુતવિભાજન દરમિયાન કોઈ પણ વિદ્યુતવ ઉપર થતી પ્રક્રિયાથી નીપજતા પદાર્થોનો જથ્થો વિદ્યુતવિભાજનીય (દ્રાવણ અથવા પિગલિત)માંથી પસાર થતા વિદ્યુતજથ્થાના સમપ્રમાણ હોય છે.
• દ્વિતીય નિયમ: વિદ્યુતવિભાજનીય દ્રાવણમાંથી વિદ્યુતનો સમાન જથ્થો પસાર કરતાં મુક્ત થયેલા જુદા-જુદા પદાર્થાંના જથ્થાઓ તેમના રાસાયબ્રિક તુલ્યભારોના સમપ્રમાણમાં હોય છે. (રાસાયણિક તુલ્યભાર = ધાતુનું પરમાણ્વીય દળ + ધન આયનનું રિડક્શન કરવા માટે જરૂરી ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા)

પ્રશ્ન 51.
કુલોમીટરનો ઉપયોગ શું હતો તે જણાવો,
ઉત્તર:
ફેર્ડના સમયમાં, અચળ વિદ્યુતપ્રવાહના સ્રોત પ્રાપ્ય ન હતા. સામાન્ય રીતે ધાતુના નિક્ષેપિત થયેલા અથવા વપરાયેલા જથ્થાઓની (સામાન્ય રીતે Ag અથવા Cu) પરથી પસાર કરેલા વિદ્યુતજથ્થાને મેળવવા માટે ‘કુલોમીટર’ (પ્રમાલિત વિદ્યુતવિભાજનીય કોષ) મૂકવામાં આવતું હતું. આ કુલોમીટરના ઉપયોગની રીત હવે લુપ્ત થઈ છે.

પ્રશ્ન 52.
હવે વિદ્યુતવિભાજનમાં વિદ્યુતજથ્થો Q કેવી રીતે મેળવાય છે ?
ઉત્તર:
હવે અચળ વિદ્યુતપ્રવાહના સ્રોત પ્રાપ્ત છે. પસાર કરેલા વિદ્યુત- જથ્થા (Q)ની નીચેના સૂત્રથી ગણતરી કરવામાં આવે છે.
Q = It
જ્યાં,I = એમ્પિયરમાં વિદ્યુતપ્રવાહ
t = સેકન્ડમાં વિદ્યુતપ્રવાહ પસાર કરવાનો સમય
Q = કુલંબમાં વિદ્યુત

પ્રશ્ન 53.
વિદ્યુતવિભાજનમાં ધ્રુવો ઉપરની પ્રક્રિયાની તત્ત્વયોગમિતિ અને વિદ્યુતજથ્થા વચ્ચેનો સંબંધ સ્પષ્ટ કરો.
ઉત્તર:
તત્ત્વયોગમિતિ અને વિદ્યુતનો જથ્થો વિદ્યુતધ્રુવો ઉપર ઑક્સિડેશન કે રિડક્શન માટે જરૂરી વિદ્યુતજથ્થા (અથવા વીજભાર)નો આધાર વિદ્યુતધ્રુવ ઉપરની પ્રક્રિયાની તત્ત્વયોગમિતિ પર રહેલ છે.
ઉદા. Ag⁺_(aq) + e^– → Ag_(s) પ્રક્રિયામાં 1 મોલ Ag⁺ આયનોના રિડક્શન માટે 1 મોલ ઇલેક્ટ્રોનની જરૂર પડે છે. પણ 1 ઇલેક્ટ્રૉન ઉપરનો વીજભાર = 1.6021 × 10^-19 C
1 મોલ ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા = 6.02 × 10²³ = N_A
∴ 1 મોલ ઇલેક્ટ્રૉનની ઉપરનો વીજભાર = N_A × 1.6021 × 10^-19 C
= (6.02 × 10²³ mol^-1) × (1.6021 × 10^-19 C)
= 96487 C mol^-1
1 ફેરાડે (F) = 1 મોલ ઇલેક્ટ્રૉન ઉપરના વિદ્યુતજથ્થા 96487 (96500) કુલંબને 1 ફેરાડે કહે છે.
1F = 96500 C mol^-1
સામાન્ય રીતે વિદ્યુતવિભાજનની પ્રક્રિયાઓમાં વિદ્યુતપ્રવાહ ઍમ્પિયરમાં અને સમય સેકન્ડમાં હોય છે.
પસાર થતો વીજભાર = વિદ્યુતજથ્થો = Q = It

ધ્રુવો ઉપર નીપજતા પદાર્થો માટે જરૂર પડતા વિદ્યુતજથ્થાની ગણતરી કરવા માટે

• વિદ્યુતધ્રુવ ઉપર થતી ઓક્સિડેશન રિડક્શન પ્રક્રિયા લખો.
• પ્રક્રિયા ઉપરથી 1 મોલ નીપજ રચતી પ્રક્રિયા માટે જરૂરી ફેરાડે નક્કી કરો.
• ફેરાડે ઉપરથી એમ્પિયરમાં પ્રવાહ ગણો.

ઉદા.
(i) Ag ધાતુનાં નિક્ષેપનમાં થતી પ્રક્રિયા :

1 મોલ ઇલેક્ટ્રૉન = IF વિદ્યુત વડે 1 મોલ Ag_(s) મળે.
(ii) 1 મોલ Mg ધાતુના નિક્ષેપનમાં જરૂરી વિદ્યુત :

2 મોલ ઇલેક્ટ્રૉન = 2F વિદ્યુતથી 1 મોલ Mg મળે,
(iii) 1 મોલ Al ધાતુના નિક્ષેપનમાં જરૂરી વિદ્યુત :

3 મોલ ઇલેક્ટ્રૉન = 3F વિદ્યુતથી 1 મોલ Al મળે.

પ્રશ્ન 54.
વિદ્યુતવિભાજનથી ધ્રુવો પાસે પ્રાપ્ત થતી નીપજો, વિદ્યુતધ્રુવની ઉપર આધાર રાખે છે – ઉદાહરણ સહિત સમજાવો.
ઉત્તર:
વિદ્યુતધ્રુવોના બે પ્રકાર પાડી શકાય છે : (a) નિષ્ક્રિય ધ્રુવો (b) સક્રિય ધ્રુવો
(a) નિષ્ક્રિય ધ્રુવો : આ વિદ્યુતધ્રુવો રાસાયણિક પ્રક્રિયામાં ભાગ લેતા નથી અને ફક્ત ઇલેક્ટ્રૉનના સ્રોત અથવા અપવાહિકા (sink) તરીકે કાર્ય કરે છે. આવા વિદ્યુતધ્રુવો પ્રક્રિયા થવા માટે અને ઇલેક્ટ્રૉનના વહનની સપાટી આપે છે. નિષ્ક્રિય ધ્રુવોના પરમાણુ પ્રક્રિયામાં ઓગળતા નથી અથવા નીપજતા નથી અને તેમનાં દળ ઘટતાં કે વધાતાં નથી. આ નિષ્ક્રિય ધ્રુવોના રિડક્શન પોટેન્શિયલ અતિ ઓછા હોય છે એને માપી શકાતા નથી.

પ્રક્રિયાનું ઉદાહરણ : Pt (પ્લેટિનમ), Au (ગોલ્ડ)…. વગેરે નિષ્ક્રિય ધ્રુવો છે. ઉદાહરણ તરીકે CuCl₂, ના દ્વાવણનું Pt ના ધ્રુોમાં વિદ્યુતવિભાજન કરવાથી Pt ના ધ્રુવનું ઑક્સિડેશન થતું નથી પણ ઍનોડ નજીકના Cl⁻ નું ઑક્સિડેશન થઈને Cl₂, વાયુ બને છે.
2Cl^–_(aq) → Cl_2(g) + 2e^–

(b) સક્રિય ધ્રુવો : જે વિદ્યુતધ્રુવો પ્રક્રિયામાં ભાગ લે છે, તેમને સક્રિય ધ્રુવો કહે છે. સક્રિય ધ્રુવો પ્રક્રિયામાં ભાગ લે છે ત્યારે તેમાંના પરમાણુઓ પ્રક્રિયા થવાથી દ્વાવણમાં ઓગળે છે અથવા ઉત્પન્ન થાય છે. જેથી તેમનાં દળ વધે કે ઘટે છે. ઉદા. Cu, Zn, Al વગેરે સક્રિય ધ્રુવ છે.

પ્રક્રિયાનું ઉદાહરણ : Cu પટ્ટીના ધ્રુવોમાં CaCl₂ ના દ્રાવણનું વિદ્યુતવિભાજન કરવાથી એનોડ ધ્રુવ તરીકેના CU ના ધ્રુવમાંના Cu_(s) દ્વાવણમાં ઓગળી Cu²⁺ આયનો રચે છે.
Cu_(s) → Cu²⁺_(aq) + 2e^–
નોંધઃ ગ ના નિષ્ક્રિય ધ્રુવમાં આવી પ્રક્રિયા નથી થતી. આમ, વિદ્યુતવિભાજનની નીપજ નિષ્ક્રિય અને સક્રિય વિદ્યુતધ્રુવો માટેની અલગ હોય છે.

પ્રશ્ન 55.
સમજાવો : E^⊖ વધારે હોય તેવી રિડક્શન પ્રક્રિયા થાય છે.
અથવા
જલીય Na⁺ ની હાજરીમાં નિષ્ક્રિય કેથોડ નજીક પાણીનું રિડક્શન થાય છે.
અથવા
પિસીઝનું રિડક્શન તેમના રિડક્શન પોટેન્શિયલની ઉપર આધાર રાખે છે.
ઉત્તર:
કેર્થોડની સપાટી ઉપર રિડક્શન પ્રક્રિયાઓ થાય છે. જો એક કરતાં વધારે સ્પિસીઝ નજીક હાજર હોય તો તેવી પરિસ્થિતિમાં જેનો E^⊖ વધારે હોય તેની રિડક્શન પ્રક્રિયા થાય.
ઉદા., NaCl ના જલીય દ્રાવણનો વિચાર કરો. જલીય દ્રાવણ હોવાથી કોડ નજીક NaCl માં કેટાયનો Na⁺ તથા H₂O માંના કેટાયનો H⁺ હાજર હોય છે.
NaCl → Na⁺ (કેટાયન) + Cl^– (એનાયન)
H₂(l)O → H⁺ (કેટાયન) + OH^– (એનાયન)
વળી (i) Na⁺_(aq) + e^– → Na_(s) E^⊖_cell = -2.17 V
(ii) H⁺ _(aq) + e^– → \(\frac{1}{2}\) H_2(g) E^⊖_cell = 0.00 V
આમ, પ્રક્રિયા (i) અને (ii) શક્ય છે. જે પ્રક્રિયાનો E વધારે હોય તેવી પ્રક્રિયા પસંદગી પામીને થાય છે. પરિણામે કૅથોડ પાસે પ્રક્રિયા (ii) થાય છે. પાણીમાંના H⁺ નું રિડક્શન થઈ H₂ વાયુ બને છે.
∴ NaCl ના જલીય દ્રાવણનું વિદ્યુતવિભાજન કરવામાં આવે ત્યારે કેથોડ પાસે નીચેની ડિક્શન પ્રક્રિયા થઈને H₂ વાયુ તથા NaOH બને છે.
(iii) H₂O + e^– → \(\frac{1}{2}\) H_2(g)+OH^–_(aq)
આમ, પ્રક્રિયા (i) + (ii) = પ્રક્રિયા (iii) અને પ્રેક્ષક આયો સાથે પ્રક્રિયા (iv) કોડ પાસે થાય છે.
(iv) Na⁺_(aq) + H₂O_(l) + e^– → \(\frac{1}{2}\) H_2(g) + OH^–_(aq)+ Na⁺
પ્રાયોગિક રીતે NaOH ની હાજરી ફિનોલ્ફયેલીનનું દ્વાવણ કૅથોડ પાસે ગુલાબી રંગ આપે છે, જેનાથી પુરવાર થાય છે.

પ્રશ્ન 56.
નિષ્ક્રિય વિધુતોમાં પિગલિત NaCl ના વિદ્યુત- વિભાજનની પ્રક્રિયાઓ લખો.
ઉત્તર:

અહીં, ઍનોડ તેમજ કેથોડ પાસે એક કરતાં વધારે આયનો નથી.

પ્રશ્ન 57.
સમજાવો : નિષ્ક્રિય ધ્રુવોમાં NaClના જલીય (સાંદ્ર) દ્રાવણમાં Cl^– નું ઑક્સિડેશન ઍનોડ પાસે થાય છે.
અથવા
પિસીઝનું ઑક્સિડેશન તેના ઑક્સિડેશન પોટેન્શિયલની ઉપર આધાર રાખે છે, જેનો E^⊖ નીચો તેવી ઑક્સિડેશન પ્રક્રિયા થાય છે.
ઉત્તર:
NaCl_(aq) → Na⁺_(aq) + Cl^–_(aq)
અહીં એનોડની પાસે NaCl નો Cl^– જેથી નીચેની બે ઑક્સિડેશન પ્રક્રિયાઓ શક્ય છે.

“E^⊖ નું નીચું મૂલ્ય ધરાવતી પ્રક્રિયા એનોડ પાસે પસંદગી પામશે.” જેથી Cl^– ના બદલે પાન્નીનું ઑક્સિડેશન થવું જોઈએ પણ ઑક્સિજનના ‘ઑવર પોટેન્શિયલ’ના કારણે પાણી નહીં પણ Cl^–”નું ઑક્સિડેશન થઈને ઍનોડ પાસે Cl₂ વાયુ બને છે.

પ્રશ્ન 58.
નિષ્ક્રિય ધ્રુવોમાં NaCl ના જલીય (સાંદ્ર) દ્રાવણના વિદ્યુત- વિભાજનની પ્રક્રિયાઓ લખો.
ઉત્તર:
નિષ્ક્રિય ધ્રુવો છે, જેથી તેઓ પ્રક્રિયામાં ભાગ લેતા નથી. NaCl નું દ્રાવણ છે જેથી તેનું આયનીકરણ થાય અને કૈટાયન Na⁺ તથા એનાયન Cl^– હાજર હોય છે. જેમાં કેથોડ પાસે
Na⁺ આયનો તથા પાણી હાજર છે, જેથી નીચેની ડિક્શન પ્રક્રિયા થાય.
Na⁺_(aq) + e^– → Na E^⊖_cell = -2.17 V
અથવા H⁺ + e^– → \(\frac{1}{2} \) H₂ E^⊖_cell = 0.0 V
આથી, વધુ E^⊖_cell હોય તેવી રિડક્શન પ્રક્રિયા થાય. જેથી થોડ પાસે પાણી (H₂O → H⁺ + OH^–) માંના H⁺ નું રિડક્શન થાય.
(i) Na⁺ +(H⁺ + OH^–) + e^– → \(\frac{1}{2} \) H_2(g)+ (Na⁺+OH^–)_(aq)
ઍનોડ પાસે Cl^– તથા H₂O છે, જેથી ઑક્સિડેશન થાય.

નીચા E^⊖_cell વાળી પાણીના ઑક્સિડેશનની પ્રક્રિયા થવી જોઈએ પણ Cl^– નું ઑક્સિડેશન થાય છે, ઑક્સિજનના ઑવર વૉલ્ટેજના કારણે Cl^– નું ઑક્સિડેશન (ii) પ્રમાણે થાય છે.
કુલ પ્રક્રિયા = (i) + (ii)

આમ, એનોડ પાસે Cl₂ વાયુ અને કેથોડની પાસે H₂ વાયુ તથા NaOH બને છે.

પ્રશ્ન 59.
નિષ્ક્રિય ધ્રુવોમાં સલ્ફ્યુરિક એસિડના વિદ્યુતવિભાજનમાં એનોડ પાસેની પ્રક્રિયા લખો.
ઉત્તર:
H₂SO₄ ના દ્રાવણનું આયનીકરણ ઃ ઍોડ નજીક SO₄^2- આયનો જાય છે. આ ઉપરાંત પાણી પણ એનોડ નજીક હોય SO₄^2-_(aq) છે. જેથી કે H₂Oનું ઑક્સિડેશન થઈ શકે છે.
H₂SO₄ → 2H⁺_(aq) + SO₄^2-_(aq)
H₂ Oનું ઑક્સિડેશન :
H₂SO₄ → 2H⁺_(aq) + SO₄^2-_(aq)
SO₄^2- નું ઑક્સિડેશન : H₂O માટે E^⊖_cell નું મૂલ્ય ઓછું છે અને ઍનોડ પાસે ઓછા E^⊖ વાળી ઓક્સિડેશન પ્રક્રિયા થાય.’ આથી પાણીનું ઑક્સિડેશન થઈ ઍનોડ પાસે O₂, બને છે. જે કે H₂SO₄ ની સાંદ્રતા ઊંચી હોય તો SO₄^2- નું ઑક્સિડેશન થાય છે.

પ્રશ્ન 60.
વિદ્યુતવિભાજનમાં બનતી નીપજો કયા કયા પરિબળોની ઉપર આધાર રાખે છે ? ઉદાહરણો સાથે સ્પષ્ટ કરો.
ઉત્તર:

• વિદ્યુતવિભાજય પદાર્થની પ્રકૃતિ (સ્વભાવ) ઉપર
• વિદ્યુતવિભાજનમાં ઉપયોગમાં લીધેલા વિદ્યુતધ્રુવો ઉપર, જો નિષ્ક્રિય ધ્રુવો હોય તો વિદ્યુતવિભાજ્યના આયનો પ્રક્રિયા પામે છે, જો સક્રિય ધ્રુવો હોય તો વિદ્યુતાવની ધાતુ પ્રક્રિયા પામે છે.
• વિદ્યુતવિભાજનીય કોપમાં હાજર ઑક્સિડેશનકર્તા અથવા રિડક્શનમાં સ્પિીઝ અને તેમના પોટેન્શિયલ ઉપર આધાર રાખે છે. જેનો E^⊖ વધારે તેનું રિડક્શન અને જૈનો E^⊖ ઓછો હોય તે ઑક્સિડેશન પામે છે.

ઉદા., નિષ્ક્રિય ધ્રુવોમાં NaCl ના વિદ્યુતવિભાજનમાં થોડ પાસેના Na⁺ અને H₂O બે સ્પિસીઝમાંથી પાણીનું રિડક્શન થાય છે પણ Na⁺ નું રિડક્શન નથી થતું.
ઉદા,, H₂SO₄ ના દ્રાવણનું Pt નાં ધ્રુોમાં વિદ્યુતવિભાજન કરતાં એનોડ પાસે SO₄^2- નું નહીં પણ પાણીનું ઑક્સિડેશન થઈને O₂ બને છે.

દ્રાવણની સાંદ્રતાની ઉપર જો દ્રાવણની સાંદ્રતા બદલાય તો નનર્સ્ટના સૂત્ર પ્રમાણે E_cell બદલાય છે અને તેથી વિદ્યુત- વિભાજનની નીપજ પણ બદલાઈ જાય છે.
ઉદા. : સામાન્ય મંદ H₂SO₄ નું વિદ્યુતવિભાજન કરવાથી SO₄^2-નું નહીં પણ પાણીનું ઑક્સિડેશન થાય છે અને O₂ બને છે. જો H₂SO₄ ની સાંદ્રતા ઊંચી હોય તો નીચેની પ્રક્રિયા પ્રમાણે SO₄^2- નું ઓક્સિડેશન થાય છે.

ઉદા : NaCl ના મંદ દ્વાવણનું વિદ્યુતવિભાજન કરવામાં આવે ત્યારે તેનું ઑક્સિડેશન થઈને Cl₂ બનતો નથી પણ પાણીનું ઑક્સિડેશન થઈને O₂, બને છે. આવી ઘટના ઑવર વૉલ્ટેજ છે અને Cl^– નું Cl₂ માં ઑક્સિડેશન શક્ય બનાવે છે.
H₂O → \(\frac{1}{2}\)O_2(g) + 2H⁺ + 2e^–

પ્રશ્ન 61.
બૅટરી વિશે પ્રાથમિક જાણકારી આપો.
ઉત્તર:

• બૅટરી એટલે શું ? : બૅટરી એ એવાં ઉપકરણો છે કે જેમનો વ્યવહારમાં આપશે. વિદ્યુતીય ઊર્જા માટે ગ્રોત તરીકે ઉપયોગ કરીએ છીએ. બૅટરી તે મૂળભૂત રીતે ગૅલ્વેનિક કોષો છે. તેઓ રાસાયબ્રિક ઊર્જાનું વિદ્યુતઊર્જામાં રૂપાંતર કરતાં ઉપકરણ છે.
• બૅટરી કેવી જોઈએ ? : બૅટરી શક્ય તેટલી હલકી અને નક્કર હોવી જોઈએ. બેટરીનો વોલ્ટેજ વપરાશ દરમિયાન નોંધપાત્ર રીતે બદલાય નહીં પણ અચળ રહેવો જોઈએ .
• બૅટરીના પ્રકારો : બૅટરીના બે પ્રકાર છે : (i) પ્રાથમિક બેટરી અને (ii) દ્વિતીયક બૅટરી
• ઉદાહરણો : સૂકોકોષ, લેડ સંગ્રાહક કોષ, Ni-Cd સંગ્રાહક કોષ, H₂, બળતણ કોષ વગેરે જાણીતી બેટરીઓનાં ઉદાહરણો છે.

પ્રશ્ન 62.
પ્રાથમિક બૅટરી કોને કહેવાય ? જાણીતી એક પ્રાથમિક બૅટરી વિશે લખો. અથવા સૂકા કોષ વિશે લખો.
ઉત્તર:
સૂકા કોષને તેના શોધકના નામ ઉપરથી લૈલાસે કોષ કહે છે. જે બૅટરીમાં પ્રક્રિયા માત્ર એક જ વખત થાય છે અને કેટલાક સમયના ઉપયોગ પછીથી બૅટરી મૃત થઈ જાય છે અને તેને ફરીથી વાપરી શકાતી નથી તેને પ્રાથમિક બેટરી’ કહે છે.
ઉપયોગ : આ સૂકો કોષ ટ્રાન્ઝિસ્ટર, ઘડિયાળ, રમકડાં વગેરેમાં વપરાય છે.

સૂકા કોષની રચના :

ઍનો: તેમાં ઝિંકનું નળાકાર પાત્ર હોય છે, જે ઍનોડ તરીકે કાર્ય કરે છે. આ નળાકાર પાત્રની બહાર કાગળનું અવાહક સ્તર હોય છે.
કૅથોડ : સૂકા કોષમાં કાર્બન ઍફાઇટનો સળિયો હોય છે, જે Zn ના નળાકાર પાત્રમાં વચ્ચે ઊભો મૂકેલ હોય છે.
વિદ્યુતવિભાજય : કેથોડ કાર્બનના સળિયાની આસપાસ મેંગેનીઝ ડાયૉક્સાઇડ (MnO₂) અને કાર્બનનો પાઉડર ભરેલો હોય છે અને બે વિદ્યુતધ્રુવો વચ્ચેની જગામાં એમોનિયમ ક્લોરાઇડ (NH₄Cl) અને ઝિંક ક્લોરાઇડ (ZnCl₂) ની ભીની લૂગદી ભરેલી હોય છે. આખા પાત્રને ખાસ મીણથી સીલ કરેલ હોય છે.

સૂકા કોષની પ્રક્રિયાઓ :
ઍનોડ પાસે પાત્રમાંના Zn નું ઑક્સિડેશન થાય છે.
Zn_(s) → Zn²⁺ + 2e^–
કૅથોડ પાસે MnO₂,ના Mn⁴⁺ નું Mn³⁺ (Mn⁺³O OH)માં રિડક્શન થાય છે.

પ્રક્રિયામાં બનેલો Zn_(s)+ આયનો NH₃, સાથે સંકીર્ણ [Zn(NH₃)₄]²⁺ માં ફેરવાય છે.
કુલ પ્રક્રિયા : Zn_(s) + 2MnO₂ + 2NH⁺₄ → Zn²⁺ + 2MnO (OH) + 2NH₃
કોષ પોર્ટેન્શિયલ : એક કોષનો પોટેન્શિયલ 1.5V હોય છે, જ્યારે બે કે ત્રણ કોષથી 3.0V અને 4.5V મેળવી શકાય છે.

પ્રશ્ન 63.
મરક્યુરી (Zn – Hg) કોષ વિશે લખો.
ઉત્તર:
આ કોષ પણ પ્રાથમિક કોષ છે. જેની રચના નીચે મુજબ દર્શાવેલ છે.

રચના : આકૃતિ પ્રમાણે,
અનોડ : તેમાં ઝિંકનો મરક્યુરી સંરસ ઍોડ તરીકે હોય છે. કેથોડ : તેમાં કાર્બન અને HgO ની લૂગદી કેથોડ તરીકે હોય છે.
વિદ્યુતવિભાજ્ય : તેમાં વિદ્યુતવિભાજ્ય તરીકે KOH અને ZnO ની લૂગદી હોય છે.

પ્રક્રિયા :
ઍોડ પાસે ઝિંક મરક્યુરી સંરસમાંના n નું ZnO માં ઑક્સિડેશન થાય છે,

થોડ પાસે કાર્બન અને HgO ની લૂગદીમાં HgO નું Hg માં રિડક્શન થાય છે.

કુલ પ્રક્રિયા નીચે પ્રમાણે લખી શકાય :

આમ, તેમાં Znનું ઑક્સિડેશન થાય છે અને Zn રિડક્શનકર્તા છે. HgO નું રિડક્શન થાય છે અને Hg) ઑક્સિડેશનકર્તા છે, કોષ પોર્ટેન્શિયલ અને લાક્ષણિકતા : આ કોષનો પોટેન્શિયલ
1.35V છે. વળી ખાસ લાક્ષણિકતા એ છે કે 1.35V કોષ કાર્ય કરે ત્યાં સુધી અચળ અને બદલાય સિવાયનો જ રહે છે. કારણ કે કોષની એકંદર પ્રક્રિયામાં કોઈ પણ આયનો અને દ્રાવણ નથી. કોષના આવરદામાં દ્રાવણ કે આયનો ન હોવાથી કોષ પોટેન્શિયલ અચળ જળવાઈ રહે છે.
ઉપયોગ : મરક્યુરી કોષ નિમ્ન પ્રવાહ ઉપકરણોમાં વપરાય છે. જેમ કે સાંભળવાનાં સાધનો (aids), ઘડિયાળો વગેરેમાં મરક્યુરી કોષ વપરાય છે.

પ્રશ્ન 64.
દ્વિતીયક કોષ એટલે શું ? ઉદાહરણ આપો.
ઉત્તર:
જે કોષનો ઉપયોગ કર્યાં પછીથી તેનાથી વિરુદ્ધ દિશામાં પ્રવાહ પસાર કરીને ફરી પુનર્જિવિત (recharge) કરી શકાય છે, તેમને દ્વિતીયક કોષ કહે છે. આ કોષોનો ફરી ઉપયોગ કરી શકાય છે.

• સારો દ્વિતીયક કોષ ઘણી બધી ડિસચાર્જિંગ અને ચાર્જિંગ પ્રક્રિયાઓ કરે છે.
• સૌથી અગત્યનો દ્વિતીયક કોષ લેડ સંગ્રાહક કોષ છે અને નિકલ-કેમિયમ કોષ પણ દ્વિતીયક કોષ છે.

પ્રશ્ન 65.
લેડ સંગ્રાહક કોષ (બૅટરી) વિશે લખો.
ઉત્તર:
લેડ સંગ્રાહક કોષ તે સૌથી સારો દ્વિતીયક કોષ છે. તે ડિસ્ચાર્જ થયા પછી પુનઃચાર્જ કરી શકાય છે.

રચના : આકૃતિ પ્રમાણે,
ઍોડ : લેડની પટ્ટીઓ
કેથોડ : લેડની ગ્રીડની ઉપર લેડ ડાયૉક્સાઇડ (PbO₂) ચોંટાડેલ હોય તેવી પટ્ટીઓ [Pb ની ઉપર PbO₂ નું સ્તર ધરાવતી છિદ્રાળુ પટ્ટીઓ)
વિદ્યુતવિભાજય : 38% (w/w) સલ્ફ્યુરિક એસિડ (ઘનતા : પ્રારંભમાં 1.25 થી 1.30 gm^-1)
કોષમાં ડિસચાર્જિંગ પ્રક્રિયા : કોષ જ્યારે ઉપયોગમાં હોય ત્યારે

નીચે પ્રમાણેની પ્રક્રિયાઓ થાય છે :
ઍનોડ : Phનું PbSO₄ માં ઑક્સિડેશન થાય છે.
(i) Pb_(s) + SO₄^2-_(aq) → PbSO_4(s) + 2e^–
કેથોડ : Pb0, નું PbSO₄, માં રિડક્શન થાય છે.

(ii) PbO_2(s) + SO₄^2-_(aq)+ 4H⁺_(aq) + 2e^– →
PbSO_4(s) + 2H₂O
(i + ii) કરવાથી લેડ સંગ્રાહક કોષમાં એકંદર થતી પ્રક્રિયા

(iii) Pb_(s) + PbO_2(s) + 2H₂SO_4(aq) → 2PbSO_4(s) + 2H₂O_(l)
કોષ પોટેન્શિયલ : આ એક કોષનો પોટેન્શિયલ 2.0V છે. જેનો ઉપયોગ સ્કૂટર, કાર, ટ્રેક વગેરેમાં જરૂરી વૉલ્ટેજ પ્રમાણે વધારે કોષ જોડેલા હોય છે.

ચાર્જિંગ : કોષ વપરાશમાં હોય ત્યારે પાન્ની ઉત્પન્ન કરે છે. જેથી HS), ની સાંદ્રતા અને ધનતા ઘટતી જાય છે. દ્રાવક્રની ધનતા ઘટીને 1.10 થી 1,15g mL−1 થાય ત્યારે ચાર્જિંગ કરવું પડે છે. કોષનું ચાર્જિંગ કરવા માટે બહારથી DC પ્રવાહ પસાર કરાય છે.
ચાર્જિંગ કરતાં પ્રતિગામી પ્રક્રિયા થાય છે. જેમાં ઍનોડ તથા કૅથોડ ઉપરના PbSO₄, નું અનુક્રમે Pb અને PbO₂, માં પરિવર્તન થાય છે. ચાર્જિંગમાં થતી પ્રક્રિયા પ્રતિવર્તી (પ્રતિગામી) પ્રક્રિયા નીચે પ્રમાણે છે.

પ્રશ્ન 66.
નિકલ-કેડ્મિયમ (Ni-Cd) કોષ વિશે લખો.
ઉત્તર:
આ કોષ દ્વિતીયક કોષ છે. જેલી રોલમાં અને ભીના સોડિયમ અથવા પોટેશિયમ હાઇડ્રૉક્સાઇડમાં ડૂબેલો પુનઃકાર્યરત કરી શકાતો નિકલ-કેમિયમ કોષ, જેની રચના નીચે દર્શાવેલ છે :

રચના : આકૃતિ પ્રમાણે,
એનોડ : CAની પ્લેટ
કૅથોડ : ઘન Ni(OH)₃ ધરાવતી પ્લેટ
નિકલ-કેડ્મિયમ બૅટરીના ઉપયોગ (ડિસ્ચાર્જિંગ)માં નીચે મુજબ પ્રક્રિયા થાય છે.

આમ, તેમાં Cd નું CdO માં ઑક્સિડેશન અને Ni(OH)₃ નું Ni(OH)₂ માં રિડક્શન થાય છે.
નિક્લ કેડમિયમ કોષનું આયુષ્ય લેડ સંગ્રાહક કોષના સાપેક્ષમાં વધારે છે પણ આ કોષનું ઉત્પાદન ઘણું મોંઘું છે.

પ્રશ્ન 67.
થર્મલ પ્લાન્ટમાં વિદ્યુત કઈ રીતે મેળવાય છે ?
ઉત્તર:

• વિદ્યુત ઉત્પાદનના થર્મલ (તાીય) પ્લાન્ટમાં બળતણની રાસાયણિક (દહન) ઉષ્માનું વિદ્યુતઊર્જામાં પરિવર્તન કરવામાં આવે છે.
  થર્મલ પાવરથી વિદ્યુતઊર્જામાં ઉત્પાદન વધારે કાર્યક્ષમ કે ક્ષમતા ધરાવતાં નથી.
• કારણ કે આવા પ્લાન્ટમાં અભિગત ઈંધણો જેવા કે કોલસા, વાયુ અથવા તેલ બળતણ તરીકે વપરાય અને તેમની રાસાયણિક ઊર્જા (દહન ઉષ્મા) પ્રથમ પાણીનું ઊંચી દબાણની બાષ્પમાં પરિવર્તન કરવામાં વપરાય છે.
• ત્યાર પછી આ બાષ્પથી ટર્બાઇન ચાલુ રાખીને વિદ્યુત ઉત્પન્ન કરવામાં આવે છે. આમ કરવામાં ઘણી બધી ઊર્જાનો વ્યય થાય છે. જેથી થર્મલ પ્લાન્ટની ક્ષમતા ઓછી હોય છે. થર્મલ વિદ્યુત પ્લાન્ટ ઈંધણ દહનથી વાતાવરણમાં પ્રદૂષણકર્તા છે.
• આમ થર્મલ પ્લાન્ટથી વિદ્યુત મેળવવામાં પ્રદૂષજ્ઞ થાય છે તથા આવા પ્લાન્ટની કાર્યક્ષમતા લગભગ 40% જેટલી હોય છે.

પ્રશ્ન 68.
ગૅલ્વેનિક કોષ જેવી રચના ક્યા કોષમાં છે ? સમજાવો.
અથવા
બળતણ કોષ એટલે શું ? તેના વિશે લખો.
ઉત્તર:
ગૅલ્વેનિક કોપી રાસાયણિક ઊર્જાનું સીધું જ વિદ્યુતઊર્જામાં પરિવર્તન કરે છે. ગેલ્વેનિક કોર્પોની ક્ષમતા ઘણી જ ઊંચી હોય છે. ગૅલ્વેનિક કોષ જેવી રચના બળતણ કોષોમાં હોય છે. ગૅલ્વનિક કોષ જેવી રચના કરી રાસાયણિક ઊર્જાનું સીધું જ વિદ્યુતઊર્જામાં પરિવર્તન કરતા ઉપકરણો બનાવાયાં છે, જેમને બળતણ કોષ કહે છે.
રચના : બળતણ કોષમાં વિદ્યુતવોને સતત પ્રક્રિયકો (બળતણ) પૂરાં પાડવામં આવે છે અને બનતી નીપજને સતત વિદ્યુત- વિભાજનીય ભાગ (કંપાર્ટમેન્ટ)માંથી દૂર કરવામાં આવે છે, આવા બળતા કોર્ષોમાં રાસાયણિક ઊર્જા મેળવવા માટે હાઇડ્રોજન, મિથેન, મિથેનોલ વગેરે ઈંધણો વપરાય છે.

બળતણ કોષના ફાયદા:

• આ કોષના ઉપયોગથી હવાનું તથા અવાજનું પ્રદૂષણ થતું નથી.
• બળતણ કોષોની ભ્રમતા ઘણી જ ઊંચી 70% કે વધારે હોય છે. જ્યારે થર્મલ પ્લાન્ટની ક્ષમતા આશરે 40% જેટલી નીચી હોય છે.
• બળતણ કોષમાં વિવિધ પ્રકારના બળતન્નનો ઉપયોગ થઈ શકે છે.

પ્રશ્ન 69.
હાઇડ્રોજન-ઑક્સિજન બળતણ કોષ વિશે લખો.
ઉત્તર:
હાઇડ્રોજન-ઑક્સિજન બળતણ કોષ સફળ બળતણ કોષ છે. સિદ્ધાંત : ઈંધણ H₂ ની રાસાયણિક (દહન) ઊર્જાનું સીધું જ વિદ્યુતઊર્જામાં પરિવર્તન, જેમાં હાઇડ્રોજનની ઑક્સિજનની સાથેની પ્રક્રિયાથી પાન્ની બનવાની દહન પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ થાય છે.
રચના : H₂ અને O₂ નો ઉપયોગ કરીને વિદ્યુત પેદા કરતો બળતણ કોષની આકૃતિ નીચે મુજબ દર્શાવેલ છે.

ઍનોડ ધ્રુવ : છિદ્રાળુ કાર્બનમાંથી H₂ વાયુ પસાર થતો ભાગ – કેથોડ ધ્રુવ : છિદ્રાળુ કાર્બનમાંથી છે. વાયુ પસાર થતો ભાગ વિદ્યુતવિભાજ્ય : સોડિયમ હાઇડ્રૉક્સાઇડનું સાંદ્ર દ્રાવણ ખૂબ જ ઝીણા કરેલા પ્લેટિનમ અથવા પેલેડિયમ ધાતુ જેવા સ્તરવાળા ઉદ્દીપકો વિદ્યુતધ્રુવો ઉપર રાખવાથી પ્રક્રિયાનો વેગ વર્ષ છે.
કાર્ય અને પ્રક્રિયા : આ કોષમાં હાઇડ્રોજન અને ઑક્સિજન વાયુઓને છિદ્રાળુ કાર્બન વિદ્યુતધ્રુવો મારફતે સાંદ્ર જલીય NaOH ના દ્રાવણમાં પસાર કરાય છે ત્યારે વિદ્યુતધ્રુવો પાસે H₂ નું ઑક્સિડેશન અને O₂ નું રિડક્શન થઈને પાણી બને છે.

આમ, બળતા H₂ નું સીધું જ દહન થઈ H₂O બને છે. રાસાયણિક (દહન) ઊર્જાનું વિદ્યુતઊર્જામાં રૂપાંતર થાય છે.

ફાયદા :

• આ કોષ પ્રદૂષણ મુક્ત છે.
• આ કોષની ક્ષમતા 70% જેટલી ઊંચી છે જ્યારે તાપીય પ્લાન્ટની ક્ષમતા 40% જેટલી ઓછી હોય છે.
• બળતણ કોષની ક્ષમતા વધારવા માટે નવા વિદ્યુતધ્રુવો, વધુ સારા ઉદ્દીપકો અને સારા વિદ્યુતવિભાજો વાપરવામાં આવે છે.

ઉપયોગ : હાઇડ્રોજન-ઑક્સિજન બળતવ્ર કોષનો ઉપયોગ એપોલો અવકાશ કાર્યક્રમમાં વિદ્યુતીય ઊર્જા પૂરી પાડવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો. જેમાં કોષની પ્રક્રિયાથી નીપજતી પાણીની બાષ્પને સંઘનિત(ઠંડી) કરીને અવકાશયાત્રીને પીવાના પાણીના પુરવઠામાં ઉમેરવામાં આવતો હતો.

પ્રશ્ન 70.
ધાતુ ક્ષારણ એટલે શું ? તેનાં લક્ષણો અને નુકસાન જણાવો.
ઉત્તર:
ધાતુઓની સપાટીની ઉપર ધીમે-ધીમે તેમના ઑક્સાઇડ અથવા ધાતુના અન્ય ક્ષારનું પડ બને છે, જેને ધાતુ ક્ષારણ કહે છે. ક્ષારણમાં ધાતુ ઑક્સિજનને ઇલેક્ટ્રૉન આપીને ઑક્સિડેશન પામી ઑક્સાઇડ બનાવે છે.

ધાતુ મારણના લક્ષણો :

• લોખંડને કાટ લાગવો.
• ચાંદીનું ઝાંખું પડવું.
• તાંબા અને કાંસાની સપાટીની ઉપર લીલા રંગના પડ બનવાં વગેરે.

ક્ષારણથી થતા નુકસાન : ધાતુ ભારણથી વર્ષે કરોડો રૂપિયાનું નુકસાન થાય છે. જેમાં મકાનો, પુલો, વહાણો, ધાતુઓ (લોખંડ)માંથી બનાવેલ વસ્તુઓ વગેરેને થતું નુકસાન.

પ્રશ્ન 71.
લોખંડના ક્ષારણ વિશે લખો.
ચાચવા
લોખંડના ક્ષારણનું રસાયણવિજ્ઞાન સમજાવો.
ઉત્તર:
લોખંડનું ક્ષારણ એટલે લોખંડને કાટ લાગવો, લોખંડનું ક્ષારણ પાણી અને હવા (ઓક્સિજન)ની હાજરીમાં થાય છે.
સારણનું રસાયણવિજ્ઞાન : લોખંડનું રસાયણવિજ્ઞાન ઘણું જ જટિલ છે. અનિવાર્ય રીતે વિદ્યુતરાસાયણિક પરિષટનાને કોષ તરીકે ગણી શકાય છે. ઘારણને વિદ્યુતરાસાયક્લિક કોષ તરીકે સમજાવી શકાય છે.

ઍોડ : લોખંડથી બનેલી કોઈ વસ્તુનો વિશિષ્ટ ભાગનો આયર્ન (Fe). આ સ્થાને Fe નું ઑક્સિડેશન થાય છે, આ બિંદુ ઍનોડ
તરીકે વર્તે છે.
ઑક્સિડેશન : 2Fe_(s) → 2Fe²⁺ + 4e^– …………………………………….. (i)
E^⊖_(Fe²⁺|Fe) = -0.44 V
કેથોડ: એનોડ બિંદુ ઉપર મુક્ત થયેલા ઇલેક્ટ્રૉન ધાતુમાં વહન પામી ખસે છે તથા આ ઇલેક્ટ્રૉન ધાતુ ઉપર બીજા બિંદુએ પહોંચે છે, જ્યાં H⁺ હાજર હોય છે. આ H⁺ ધરાવતું બિંદુ કૅથોડ બને છે અને H⁺ ની હાજરીમાં આવેલા ઇલેક્ટ્રૉન વડે ઑક્સિજનનું રિડક્શન નીચેની પ્રક્રિયા પ્રમાણે થઈને H₂O બને છે.

નોંધઃ એવું માનવામાં આવે છે કે હવામાંના કાર્બન ડાયૉક્સાઈડનું પાણી ભેજમાં વિલયન (દ્વાવણ) થઈને કાર્બનિક એસિડ (H₂CO₃) બને છે.
H₂O_(l) + CO_2(g) → H₂CO_3(aq)
H₂CO₃ ⇌ H⁺_(aq) HCO_3(aq)^–
આમ, આ રીતે હાઇડ્રોજન આયનો, Feની સપાટીની ઉપર બને છે. અથવા H⁺ આપનો બીજા ઍસિડિક ઑક્સાઇડ પાણીમાં વિલયનથી બને છે,
(i + ii) પ્રક્રિયાના સરવાળાથી મળતી એકંદર રેડો પ્રક્રિયા :

કાટની (Fe₂O₃ . xH₂O) ની રચના : ફેરસ આયન (Fe²⁺) સમય જતાં વાતાવરણના ઓક્સિજનથી ઑક્સિડેશન પામે છે. અને ફેરિક આયન (Fe³⁺) માં ફેરવાય છે, જે જળયુક્ત ફેરિક ઑક્સાઈડ (Fe₂O₃ · xH₂O) માં ફેરવાય છે જે કાટ તરીકે ઓળખાય છે. આથી વધારે હાઇડ્રોજન આયન ઉત્પન્ન થાય છે.

પ્રશ્ન 72.
ધાતુ ક્ષારણોને અટકાવવાની જરૂરિયાત અને ઉપાયો વર્ણવો.
ઉત્તર:
ધાતુઓનું ભારણ અટકાવવું અનિવાર્ય છે. ધાતુ શાલને કારણે થતા નુકસાનો નીચે મુજબ છે :

• ધાતુનો વ્યય થઈ આર્થિક નુકસાન થાય છે.
• લોખંડના પુલને ક્ષારણ થવાથી કાટ લાગી પુલ તૂટી જાય છે અને અકસ્માત થાય છે.
• યાંત્રિક મશીનો કાટ લાગતાં પૂર્ણ કાર્યક્ષમતાથી કાર્ય કરતા નથી તથા કાર્ય કરતાં બંધ થઈ જાય છે.

ધાતુ ક્ષારણ અટકાવવાની ભિન્ન રીતો નીચે મુજબ છે :

• ધાતુની સપાટીની ઉપર રંગ લગાવવો.
• ધાતુની સપાટીની ઉપર અન્ય રસાયણો જેમ કે, બિસફિનોલનું સ્તર લગાવવું.
• ધાતુ ઉપર ધાતુને બચાવે અને પોતે પ્રક્રિયા પામે તેવાં સ્તર રચવા.

ઉદા. Fe ઉપર વધારે સક્રિય Sn અને Zn નાં સ્તર બનાવાય છે. આમાં Zn, Mg બલિદાન આપનાર છે. Fe ઉપર Zn અને Mgનો ઢોળ ચઢાવાય છે. Zn કે Mg પોતે ક્ષારણ પામે છે અને અંદરના Fe ને ક્ષારણ લાગવા દેતા નથી અને બચાવે છે. આ માટે વિદ્યુતરાસાયણિક પદ્ધતિથી Zn કે Mg નો ઍનોડ રચી Fe ઉપર સ્તર ચઢાવાય છે.

ધાતુની ઉપર બીજી નિષ્ક્રિય ધાતુનાં સ્તર રચવાં જેથી નિષ્ક્રિય ધાતુ અંદરની સક્રિય ધાતુનું ક્ષારણ અટકાવે છે. ઉદા., Cu ની ઉપર Ag નું, Ag ઉપર Au નું સ્તર ચઢાવાય છે.

પ્રશ્ન 73.
0.1 mol L^-1 KCl નું દ્રાવણ ભરેલા એક વાહકતા કોષનો અવરોધ 100 Ω છે. તે જ કોષને જો 0.03 mol L^-1 KCl ના દ્રાવણ વડે ભરીએ તો અવરોધ 520 Ω મળે છે. 003 mol L^-1 KCl ના દ્રાવણની વાહકતા અને મોલર વાહકતા ગણો 0.1 mol L^-1 KCl દ્રાવણની વાહકતા 1.29 Sm^-1 છે. [માર્ચ-2020]
ઉત્તર:
ZnSO₄, AgNO₃ અને CuSO₄ ના વિદ્યુતવિભાજનની
પ્રક્રિયાઓ :
(B) AgNO3 → Ag⁺ + NO₃^– (આયનીકરણ)
અને Ag⁺ + e^– → Ag (રિડક્શન)

(A) ZnSO₄ → Zn²⁺ + SO₄^2- (આયનીકરણ)
અને Zn²⁺ + 2e^– → Zn (રિડક્શન)

(C) CuSO₄ → Cu²⁺ + SO ₄^2- (આયનીકરણ)
અને Cu²⁺ + 2e^– → Cu (રિડક્શન)
∴ 1F = 96500 કુલંબથી 1 મોલ Ag, \(\frac{1}{2} \) Zn અને \(\frac{1}{2} \) મોલ Cu નિક્ષેપન પામે.
Ag ના મોલની ગણતરી :
1.45 g Ag = \( \frac{1.45 \mathrm{~g}}{108 \mathrm{~g} \mathrm{~mol}^{-1}}=\frac{1.45}{108}\) mol Ag બને છે.

વપરાતી વિદ્યુત કુલંબની ગણતરી : સિલ્વરના ઇલેક્ટ્રૉડ ઉપર નીચેની રિડક્શન પ્રક્રિયા થાય અને સિલ્વરના 1,45/108 મોલ છૂટા પડે.

∴ 1 F = 96500 કુલંબ વિદ્યુતથી 1 મોલ Ag જમા થાય.
પણ 1,45/108 મોલ Ag જમા થાય ત્યારે વપરાતી વિદ્યુત (Q) તો Q = \(\frac{1.45}{108} \times \frac{96500}{1}=\frac{1.45 \times 96500}{108} \) કુલંબ
= 1295.6 C
વિદ્યુત પસાર કરવાના સમયની ગજતરી :
કુલંબ Q = it માટે t = \(\frac{\mathrm{Q}}{i} \)
જ્યાં, કે = 1.5 એમ્પીયર t = (?) સેકન્ડ
∴ t = \(\frac{1.45 \times 96500}{108 \times 1.5} \) = 893.7 see.
=\(\frac{863.7}{60} \) = 14.399 ≈ 14.4 મિનિટ
ત્રણેય વિદ્યુતવિભાજન કોષ શ્રેણીમાં જોડેલા છે, જેથી ત્રણેયમાં એક જ સરખો વિદ્યુતજથ્થો (Q) પસાર થાય છે અને ત્રણેય માટે Q = 1295.6 કુલંબ છે.

Zn ના વજનની ગણતરી :
Zn²⁺ + 2e^– → Zn
જેથી 2 મોલ ઇલેક્ટ્રૉનથી 1 મોલ Zn પ્રાપ્ત થાય.
= 2F વિદ્યુતથી 1 મોલ Zn પ્રાપ્ત થાય.
∴ 2 × 96500 કુલંબથી 65g Zn
= 0.4363g Mg

નિક્ષેપન પામતા Cાના દળની ગણતરી :
પ્રક્રિયા : Cu²⁺ + 2e^– → Cu
પ્રક્રિયા પ્રમાણે 2 મોલ ઇલેક્ટ્રોન વડે 1 મોલ Cu નું નિક્ષેપન થાય. જેથી 2F = 2 × 96500 કુલંબ વડે 63.5g Cuનું નિક્ષેપન થાય.
∴ 1295.6 કુલંબ વિદ્યુતથી જમા થતા Cuનું દળ
= \(\frac{1295.6 \times 63.5}{2 \times 96500}\) = 0.1263g Cu જમા થાય.

પ્રશ્ન 74.
ત્રણ વિદ્યુતવિભાજન કોષ A, B, C જે અનુક્રમે NiSO₄, AgNO₃, CuSO₄ ના દ્રાવણ ધરાવે છે. તેમને શ્રેણીમાં જોડેલ છે. કોષ B માં 1.45 g સિલ્વર કૅયોડ ઉપર જમા થાય ત્યાં સુધી 1.5 ઍમ્પિયર સ્થિર પ્રવાહ પસાર કરવામાં આવ્યો. કેટલા સમય માટે પ્રવાહનું વહન થયું હશે ? કૉપર અને નિલના કેટલા દળ નિક્ષેપિત થયા હશે ? [માર્ચ-2020]
ઉત્તર:
[પરમાણુ દળ : Ag = 108, Ni = 58.7, Cu = 63.5] જુઓ પુસ્તકના અંતે બોર્ડ
ZnSO₄, AgNO₃ અને CuSO₄ ના વિદ્યુતવિભાજનની

પ્રક્રિયાઓ :
(B) AgNO3 → Ag⁺ + NO₃^– (આયનીકરણ)
અને Ag⁺ + e^– → Ag (રિડક્શન)

(A) ZnSO₄ → Zn²⁺ + SO₄^2- (આયનીકરણ)
અને Zn²⁺ + 2e^– → Zn (રિડક્શન)

(C) CuSO₄ → Cu²⁺ + SO ₄^2- (આયનીકરણ)
અને Cu²⁺ + 2e^– → Cu (રિડક્શન)
∴ 1F = 96500 કુલંબથી 1 મોલ Ag, \(\frac{1}{2} \) Zn અને \(\frac{1}{2} \) મોલ Cu નિક્ષેપન પામે.
Ag ના મોલની ગણતરી :
1.45 g Ag = \( \frac{1.45 \mathrm{~g}}{108 \mathrm{~g} \mathrm{~mol}^{-1}}=\frac{1.45}{108}\) mol Ag બને છે.
વપરાતી વિદ્યુત કુલંબની ગણતરી : સિલ્વરના ઇલેક્ટ્રૉડ ઉપર નીચેની રિડક્શન પ્રક્રિયા થાય અને સિલ્વરના 1,45/108 મોલ છૂટા પડે.

∴ 1 F = 96500 કુલંબ વિદ્યુતથી 1 મોલ Ag જમા થાય.
પણ 1,45/108 મોલ Ag જમા થાય ત્યારે વપરાતી વિદ્યુત (Q) તો Q = \(\frac{1.45}{108} \times \frac{96500}{1}=\frac{1.45 \times 96500}{108} \) કુલંબ
= 1295.6 C
વિદ્યુત પસાર કરવાના સમયની ગજતરી :
કુલંબ Q = it માટે t = \(\frac{\mathrm{Q}}{i} \)
જ્યાં, કે = 1.5 એમ્પીયર t = (?) સેકન્ડ
∴ t = \(\frac{1.45 \times 96500}{108 \times 1.5} \) = 893.7 see.
=\(\frac{863.7}{60} \) = 14.399 ≈ 14.4 મિનિટ
ત્રણેય વિદ્યુતવિભાજન કોષ શ્રેણીમાં જોડેલા છે, જેથી ત્રણેયમાં એક જ સરખો વિદ્યુતજથ્થો (Q) પસાર થાય છે અને ત્રણેય માટે Q = 1295.6 કુલંબ છે.

Zn ના વજનની ગણતરી :
Zn²⁺ + 2e^– → Zn
જેથી 2 મોલ ઇલેક્ટ્રૉનથી 1 મોલ Zn પ્રાપ્ત થાય.
= 2F વિદ્યુતથી 1 મોલ Zn પ્રાપ્ત થાય.
∴ 2 × 96500 કુલંબથી 65g Zn
= 0.4363g Mg

નિક્ષેપન પામતા Cાના દળની ગણતરી :
પ્રક્રિયા : Cu²⁺ + 2e^– → Cu
પ્રક્રિયા પ્રમાણે 2 મોલ ઇલેક્ટ્રોન વડે 1 મોલ Cu નું નિક્ષેપન થાય. જેથી 2F = 2 × 96500 કુલંબ વડે 63.5g Cuનું નિક્ષેપન થાય.
∴ 1295.6 કુલંબ વિદ્યુતથી જમા થતા Cuનું દળ
= \(\frac{1295.6 \times 63.5}{2 \times 96500}\) = 0.1263g Cu જમા થાય.

પ્રશ્ન 75.
CuSO₄ નું દ્રાવણ 8 મિનિટ અને 45 સેકન્ડ માટે 5 ઍમ્પિયરનો પ્રવાહ વડે વિદ્યુતવિભાજિત કરવામાં આવે તો કેથોડ પર તિક્ષેપિત થયેલ કૉપરનું દળ કેટલું હશે ? [ઑગસ્ટ-2020]
ઉત્તર:
અહીં, I = 5A તથા t = 45 s
વિદ્યુતનો જથ્થો Q = It = 5 x 45 = 225 C = \( \frac{225}{96500}\) F
કૉપરના નિક્ષેપનની પ્રક્રિયા અને તેના મોલ

આ પ્રક્રિયાની યોગમિતિ પ્રમાણે, 1 મોલ Cu મળે તેમાં 2 મોલ ઇલેક્ટ્રૉન = 2F વિદ્યુત વપરાય.
2F થી 1 મોલ = 63 gm Cu
હવે, 2F થી 63 cm Cu મળે.
∴ \(\frac{225}{96500}\) F થી (?) gm Cu²
= \(\frac{225}{96500} \times \frac{63}{2}\) = 0.0734 gm Cu

પ્રશ્ન 76.
સૂકો કોષ અને લેડ સંગ્રાહક કોષની ઍનોડ અને કેથોડ પરની ડિસ્ચાર્જિંગ પ્રક્રિયાઓ લખો. [ઑગસ્ટ-2020]
ઉત્તર:

સૂકા કોષને તેના શોધકના નામ ઉપરથી લૈલાસે કોષ કહે છે. જે બૅટરીમાં પ્રક્રિયા માત્ર એક જ વખત થાય છે અને કેટલાક સમયના ઉપયોગ પછીથી બૅટરી મૃત થઈ જાય છે અને તેને ફરીથી વાપરી શકાતી નથી તેને પ્રાથમિક બેટરી’ કહે છે.
ઉપયોગ : આ સૂકો કોષ ટ્રાન્ઝિસ્ટર, ઘડિયાળ, રમકડાં વગેરેમાં વપરાય છે.

સૂકા કોષની રચના :

ઍનો: તેમાં ઝિંકનું નળાકાર પાત્ર હોય છે, જે ઍનોડ તરીકે કાર્ય કરે છે. આ નળાકાર પાત્રની બહાર કાગળનું અવાહક સ્તર હોય છે.
કૅથોડ : સૂકા કોષમાં કાર્બન ઍફાઇટનો સળિયો હોય છે, જે Zn ના નળાકાર પાત્રમાં વચ્ચે ઊભો મૂકેલ હોય છે.
વિદ્યુતવિભાજય : કેથોડ કાર્બનના સળિયાની આસપાસ મેંગેનીઝ ડાયૉક્સાઇડ (MnO₂) અને કાર્બનનો પાઉડર ભરેલો હોય છે અને બે વિદ્યુતધ્રુવો વચ્ચેની જગામાં એમોનિયમ ક્લોરાઇડ (NH₄Cl) અને ઝિંક ક્લોરાઇડ (ZnCl₂) ની ભીની લૂગદી ભરેલી હોય છે. આખા પાત્રને ખાસ મીણથી સીલ કરેલ હોય છે.

સૂકા કોષની પ્રક્રિયાઓ :
ઍનોડ પાસે પાત્રમાંના Zn નું ઑક્સિડેશન થાય છે.
Zn_(s) → Zn²⁺ + 2e^–
કૅથોડ પાસે MnO₂,ના Mn⁴⁺ નું Mn³⁺ (Mn⁺³O OH)માં રિડક્શન થાય છે.

પ્રક્રિયામાં બનેલો Zn_(s)+ આયનો NH₃, સાથે સંકીર્ણ [Zn(NH₃)₄]²⁺ માં ફેરવાય છે.
કુલ પ્રક્રિયા : Zn_(s) + 2MnO₂ + 2NH⁺₄ → Zn²⁺ + 2MnO (OH) + 2NH₃
કોષ પોર્ટેન્શિયલ : એક કોષનો પોટેન્શિયલ 1.5V હોય છે, જ્યારે બે કે ત્રણ કોષથી 3.0V અને 4.5V મેળવી શકાય છે.

આ કોષ પણ પ્રાથમિક કોષ છે. જેની રચના નીચે મુજબ દર્શાવેલ છે.

રચના : આકૃતિ પ્રમાણે,
અનોડ : તેમાં ઝિંકનો મરક્યુરી સંરસ ઍોડ તરીકે હોય છે. કેથોડ : તેમાં કાર્બન અને HgO ની લૂગદી કેથોડ તરીકે હોય છે.
વિદ્યુતવિભાજ્ય : તેમાં વિદ્યુતવિભાજ્ય તરીકે KOH અને ZnO ની લૂગદી હોય છે.

પ્રક્રિયા :
ઍોડ પાસે ઝિંક મરક્યુરી સંરસમાંના n નું ZnO માં ઑક્સિડેશન થાય છે,

થોડ પાસે કાર્બન અને HgO ની લૂગદીમાં HgO નું Hg માં રિડક્શન થાય છે.

કુલ પ્રક્રિયા નીચે પ્રમાણે લખી શકાય :

આમ, તેમાં Znનું ઑક્સિડેશન થાય છે અને Zn રિડક્શનકર્તા છે. HgO નું રિડક્શન થાય છે અને Hg) ઑક્સિડેશનકર્તા છે, કોષ પોર્ટેન્શિયલ અને લાક્ષણિકતા : આ કોષનો પોટેન્શિયલ
1.35V છે. વળી ખાસ લાક્ષણિકતા એ છે કે 1.35V કોષ કાર્ય કરે ત્યાં સુધી અચળ અને બદલાય સિવાયનો જ રહે છે. કારણ કે કોષની એકંદર પ્રક્રિયામાં કોઈ પણ આયનો અને દ્રાવણ નથી. કોષના આવરદામાં દ્રાવણ કે આયનો ન હોવાથી કોષ પોટેન્શિયલ અચળ જળવાઈ રહે છે.
ઉપયોગ : મરક્યુરી કોષ નિમ્ન પ્રવાહ ઉપકરણોમાં વપરાય છે. જેમ કે સાંભળવાનાં સાધનો (aids), ઘડિયાળો વગેરેમાં મરક્યુરી કોષ વપરાય છે.

જે કોષનો ઉપયોગ કર્યાં પછીથી તેનાથી વિરુદ્ધ દિશામાં પ્રવાહ પસાર કરીને ફરી પુનર્જિવિત (recharge) કરી શકાય છે, તેમને દ્વિતીયક કોષ કહે છે. આ કોષોનો ફરી ઉપયોગ કરી શકાય છે.

• સારો દ્વિતીયક કોષ ઘણી બધી ડિસચાર્જિંગ અને ચાર્જિંગ પ્રક્રિયાઓ કરે છે.
• સૌથી અગત્યનો દ્વિતીયક કોષ લેડ સંગ્રાહક કોષ છે અને નિકલ-કેમિયમ કોષ પણ દ્વિતીયક કોષ છે.

લેડ સંગ્રાહક કોષ તે સૌથી સારો દ્વિતીયક કોષ છે. તે ડિસ્ચાર્જ થયા પછી પુનઃચાર્જ કરી શકાય છે.

રચના : આકૃતિ પ્રમાણે,
ઍોડ : લેડની પટ્ટીઓ
કેથોડ : લેડની ગ્રીડની ઉપર લેડ ડાયૉક્સાઇડ (PbO₂) ચોંટાડેલ હોય તેવી પટ્ટીઓ [Pb ની ઉપર PbO₂ નું સ્તર ધરાવતી છિદ્રાળુ પટ્ટીઓ)
વિદ્યુતવિભાજય : 38% (w/w) સલ્ફ્યુરિક એસિડ (ઘનતા : પ્રારંભમાં 1.25 થી 1.30 gm^-1)
કોષમાં ડિસચાર્જિંગ પ્રક્રિયા : કોષ જ્યારે ઉપયોગમાં હોય ત્યારે

નીચે પ્રમાણેની પ્રક્રિયાઓ થાય છે :
ઍનોડ : Phનું PbSO₄ માં ઑક્સિડેશન થાય છે.
(i) Pb_(s) + SO₄^2-_(aq) → PbSO_4(s) + 2e^–
કેથોડ : Pb0, નું PbSO₄, માં રિડક્શન થાય છે.

(ii) PbO_2(s) + SO₄^2-_(aq)+ 4H⁺_(aq) + 2e^– →
PbSO_4(s) + 2H₂O
(i + ii) કરવાથી લેડ સંગ્રાહક કોષમાં એકંદર થતી પ્રક્રિયા

(iii) Pb_(s) + PbO_2(s) + 2H₂SO_4(aq) → 2PbSO_4(s) + 2H₂O_(l)
કોષ પોટેન્શિયલ : આ એક કોષનો પોટેન્શિયલ 2.0V છે. જેનો ઉપયોગ સ્કૂટર, કાર, ટ્રેક વગેરેમાં જરૂરી વૉલ્ટેજ પ્રમાણે વધારે કોષ જોડેલા હોય છે.

ચાર્જિંગ : કોષ વપરાશમાં હોય ત્યારે પાન્ની ઉત્પન્ન કરે છે. જેથી HS), ની સાંદ્રતા અને ધનતા ઘટતી જાય છે. દ્રાવક્રની ધનતા ઘટીને 1.10 થી 1,15g mL−1 થાય ત્યારે ચાર્જિંગ કરવું પડે છે. કોષનું ચાર્જિંગ કરવા માટે બહારથી DC પ્રવાહ પસાર કરાય છે.
ચાર્જિંગ કરતાં પ્રતિગામી પ્રક્રિયા થાય છે. જેમાં ઍનોડ તથા કૅથોડ ઉપરના PbSO₄, નું અનુક્રમે Pb અને PbO₂, માં પરિવર્તન થાય છે. ચાર્જિંગમાં થતી પ્રક્રિયા પ્રતિવર્તી (પ્રતિગામી) પ્રક્રિયા નીચે પ્રમાણે છે.

પ્રશ્ન 77.
(a) લોખંડનું ક્ષારણ વીજરાસાયણિક પ્રક્રિયાઓનાં આધારે સમજાવો. (આકૃતિ જરૂરી નથી.)
(b) વાહકતા અને અવરોધતા એટલે શું ? તેના એકમો જણાવો. [ઑગસ્ટ-2020]
ઉત્તર:
(a)
લોખંડનું ક્ષારણ એટલે લોખંડને કાટ લાગવો, લોખંડનું ક્ષારણ પાણી અને હવા (ઓક્સિજન)ની હાજરીમાં થાય છે.
સારણનું રસાયણવિજ્ઞાન : લોખંડનું રસાયણવિજ્ઞાન ઘણું જ જટિલ છે. અનિવાર્ય રીતે વિદ્યુતરાસાયણિક પરિષટનાને કોષ તરીકે ગણી શકાય છે. ઘારણને વિદ્યુતરાસાયક્લિક કોષ તરીકે સમજાવી શકાય છે.

ઍોડ : લોખંડથી બનેલી કોઈ વસ્તુનો વિશિષ્ટ ભાગનો આયર્ન (Fe). આ સ્થાને Fe નું ઑક્સિડેશન થાય છે, આ બિંદુ ઍનોડ
તરીકે વર્તે છે.
ઑક્સિડેશન : 2Fe_(s) → 2Fe²⁺ + 4e^– …………………………………….. (i)
E^⊖_(Fe²⁺|Fe) = -0.44 V
કેથોડ: એનોડ બિંદુ ઉપર મુક્ત થયેલા ઇલેક્ટ્રૉન ધાતુમાં વહન પામી ખસે છે તથા આ ઇલેક્ટ્રૉન ધાતુ ઉપર બીજા બિંદુએ પહોંચે છે, જ્યાં H⁺ હાજર હોય છે. આ H⁺ ધરાવતું બિંદુ કૅથોડ બને છે અને H⁺ ની હાજરીમાં આવેલા ઇલેક્ટ્રૉન વડે ઑક્સિજનનું રિડક્શન નીચેની પ્રક્રિયા પ્રમાણે થઈને H₂O બને છે.

નોંધઃ એવું માનવામાં આવે છે કે હવામાંના કાર્બન ડાયૉક્સાઈડનું પાણી ભેજમાં વિલયન (દ્વાવણ) થઈને કાર્બનિક એસિડ (H₂CO₃) બને છે.
H₂O_(l) + CO_2(g) → H₂CO_3(aq)
H₂CO₃ ⇌ H⁺_(aq) HCO_3(aq)^–
આમ, આ રીતે હાઇડ્રોજન આયનો, Feની સપાટીની ઉપર બને છે. અથવા H⁺ આપનો બીજા ઍસિડિક ઑક્સાઇડ પાણીમાં વિલયનથી બને છે,
(i + ii) પ્રક્રિયાના સરવાળાથી મળતી એકંદર રેડો પ્રક્રિયા :

કાટની (Fe₂O₃ . xH₂O) ની રચના : ફેરસ આયન (Fe²⁺) સમય જતાં વાતાવરણના ઓક્સિજનથી ઑક્સિડેશન પામે છે. અને ફેરિક આયન (Fe³⁺) માં ફેરવાય છે, જે જળયુક્ત ફેરિક ઑક્સાઈડ (Fe₂O₃ · xH₂O) માં ફેરવાય છે જે કાટ તરીકે ઓળખાય છે. આથી વધારે હાઇડ્રોજન આયન ઉત્પન્ન થાય છે.

(b)
“પદાર્થની પ્રતિરોધકતા તે એકમ લંબાઈ (1 મીટર) અને આડછેદનું ક્ષેત્રફળ (1m²) એકમ ધરાવતા વાહકનો અવરોધ છે.
R ∝ \(\frac{l}{\mathrm{~A}} \)
∴ R = ρ \(\frac{l}{\mathrm{~A}} \) તથા ρ= R\(\left(\frac{\mathrm{A}}{l}\right) \)
એકમ : પ્રતિરોધકતાનો SI એકમ ઓહ્મ મીટર (Ω m) છે. કેટલીકવાર ઓમ સેન્ટિમીટર (Ω cm) એકમ પણ વપરાય છે.

નોંધ: IUPAC પ્રમાણે ‘પ્રતિરોધકતા’ શબ્દનો ઉપયોગ ‘અવરોધકતા’ તરીકે કરાય છે. ટૂંકમાં, પ્રતિરોધકતા એટલે અવરોધતા.
ρ નો SI એકમ = R\(\left(\frac{\mathrm{A}}{l}\right) \)
જાયાં, A = 1 m²
l = 1 m, R = ρ
= \(\frac{(\Omega)(m)^2}{m} \) = Ω m
1Ω m = 100Ω C m
1Ω cm = 0.01Ω m

વાહકતા (G) : અવરોધ (R) ના વ્યસ્તને વાહકતા (G) કહે છે.
∴ G = \(\frac{l}{\mathrm{R}}=\frac{\mathrm{A}}{\rho l}=k\left(\frac{\mathrm{A}}{l}\right)\)

વાહકતા (G) નો SI એકમ : સીમેન્સ છે, જેની સંજ્ઞા S છે અને ohm^-1 બરાબર થાય છે. તે mho અથવા Ω^-1 થી પણ દર્શાવાય.
1S = સોહમ^-1 = 1 Ω^-1 = 1 mho
વિદ્યુતવિભાજય દ્વાવણમાં રહેલા આયનોના અવરોધના કારણે તેમાં વિદ્યુતનું વહન ઓછા પ્રમાણમાં થાય છે.