📚 கற்றல் முதன்மை க.பொ.த. (சா/த) க.பொ.த. (உ/த) பிற 🌐 English உள்நுழைய
பாடங்கள் · அலகு 13 · மின் இரசாயனக் கலங்கள்

மின் இரசாயனக் கலங்கள்

முழுமையான பார்வை — மின் இரசாயனக் கலம் ஏன் முக்கியம்?

ஒரு மின் இரசாயனக் கலம் (electrochemical cell) என்பது, தானாக நிகழும் ஒரு ஒட்சியேற்ற–ஒட்சிஇறக்கத் தாக்கத்தின் (redox reaction) சக்தியை மின்சக்தியாக மாற்றும் ஒரு தொகுதியாகும். இத்தகைய கலம் கல்வானிக் கலம் (galvanic cell) அல்லது வோல்ற்றாக் கலம் (voltaic cell) எனவும் அழைக்கப்படுகின்றது. ஒரு சாதாரண மின்கலம் (battery), மொட்டார் வாகனத்தின் ஈயச் சேமிப்புக் கலம், எரிபொருட் கலம் ஆகிய அனைத்தும் இவ்வாறு அமைந்த மின் இரசாயனக் கலங்களேயாகும்.

ஒரு ஒட்சியேற்ற–ஒட்சிஇறக்கத் தாக்கத்தில் இலத்திரன்கள் ஒரு கூற்றிலிருந்து இன்னொரு கூற்றுக்கு நேரடியாக இடம்பெயர்கின்றன. தாக்கிகளை ஒன்றுடன் ஒன்று நேரடியாகத் தொடுகையில் வைத்தால், இலத்திரன்கள் கடத்தும் சக்தி வெப்பமாக வீணாகின்றது. ஆனால் ஒட்சியேற்றமும் ஒட்சிஇறக்கமும் வெவ்வேறு இடங்களில் தனித்தனியாக நிகழுமாறு தொகுதி அமைக்கப்பட்டால், இலத்திரன்கள் ஒரு வெளிச் சுற்றினூடாகப் பாய நேரிடுகின்றது. இவ்வாறு இலத்திரன்கள் பாயும்பொழுது அவை மின்னோட்டமாக வேலையைச் செய்யக் கூடியனவாகின்றன. இப்பாடத்தில் ஒரு மின் இரசாயனக் கலத்தை எவ்வாறு அமைப்பது, அதன் மின்னியக்கவிசையை எவ்வாறு கணிப்பது, மின்வாய் அழுத்தத்தைப் பாதிக்கும் காரணிகள் யாவை, வெவ்வேறு வகையான கலங்கள் எவ்வாறு வேறுபடுகின்றன என்பன ஆராயப்படுகின்றன.

மின் இரசாயனக் கலம்: இரசாயன சக்தி → மின்சக்தி
தானாக நிகழும் ஒட்சியேற்ற–ஒட்சிஇறக்கத் தாக்கம் கலத்தை இயக்குகின்றது

1. மின் இரசாயனக் கலத்தை அமைத்தல் (NIE 3.3.1)

Daniell cell
Wikipedia → · CC

ஒரு மின் இரசாயனக் கலம் இரண்டு அரைக்கலங்களைக் (half-cells) கொண்டிருக்கின்றது. ஒவ்வொரு அரைக்கலமும் ஒரு மின்பகு கரைசலில் (electrolyte) அமிழ்த்தப்பட்ட ஒரு மின்வாயைக் (electrode) கொண்டுள்ளது. ஒரு அரைக்கலத்தில் ஒட்சியேற்றம் நடைபெறும்; மற்றைய அரைக்கலத்தில் ஒட்சிஇறக்கம் (தாழ்த்தல்) நடைபெறும். இவ்விரு அரைக்கலங்களும் ஒரு உப்புப் பாலத்தினால் (salt bridge) இணைக்கப்படுகின்றன; இலத்திரன்கள் பாய்வதற்காக இரு மின்வாய்களும் ஒரு வெளிக் கம்பியால் (external circuit) இணைக்கப்படுகின்றன.

இலத்திரன்கள் எங்கு வெளியேற்றப்படுகின்றனவோ அந்த மின்வாய் அனோட்டு (anode) எனப்படுகின்றது; இங்கேயே ஒட்சியேற்றம் நடைபெறுகின்றது. கல்வானிக் கலத்தில் அனோட்டு எதிர் மின்வாயாக (negative electrode) அமைகின்றது. இலத்திரன்கள் எங்கு பெறப்படுகின்றனவோ அந்த மின்வாய் கதோட்டு (cathode) எனப்படுகின்றது; இங்கேயே ஒட்சிஇறக்கம் நடைபெறுகின்றது; கல்வானிக் கலத்தில் கதோட்டு நேர் மின்வாயாக (positive electrode) அமைகின்றது. அனோட்டில் வெளியேறிய இலத்திரன்கள் வெளிக் கம்பியினூடாக அனோட்டிலிருந்து கதோட்டுக்குப் பாய்கின்றன. மரபு வழக்கப்படி, மின்னோட்டத்தின் திசை இலத்திரன் பாய்ச்சலின் திசைக்கு எதிராகக் கொள்ளப்படுகின்றது.

உப்புப் பாலம், ஒரு செயலற்ற மின்பகு கரைசலை — பொதுவாக KNO₃ அல்லது KCl ஐ — ஏகார் ஜெல்லில் (agar gel) பொதிந்த ஒரு "U" வடிவக் குழாயாகும். அதன் வேலை, தாக்கம் நடைபெறும்பொழுது இரு அரைக்கலங்களினதும் கரைசல்கள் நடுநிலையான ஏற்றத்தைக் கொண்டிருக்குமாறு பேணுவதாகும். அனோட்டுக் கரைசலில் நேர் அயன்கள் கூடுவதால் அக்கரைசல் நேர் ஏற்றத்தைப் பெற முனைகின்றது; கதோட்டுக் கரைசலில் நேர் அயன்கள் குறைவதால் அது எதிர் ஏற்றத்தைப் பெற முனைகின்றது. உப்புப் பாலத்தினூடாக எதிர் அயன்கள் அனோட்டுப் பக்கம் நோக்கியும், நேர் அயன்கள் கதோட்டுப் பக்கம் நோக்கியும் இடம்பெயர்வதன் மூலம் இவ்வேற்றச் சமனின்மை ஈடுசெய்யப்படுகின்றது. உப்புப் பாலம் இல்லையெனின் சில நொடிகளில் கலம் தொழிற்படுவதை நிறுத்திவிடும்.

The Daniell Cell — a Galvanic Cell V voltmeter e⁻ flow e⁻ flow Zn Zn ANODE (−) oxidation Zn²⁺ (1.0 mol dm⁻³) Zn → Zn²⁺ + 2e⁻ Cu Cu CATHODE (+) reduction Cu²⁺ (1.0 mol dm⁻³) Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu salt bridge (KNO₃) anions cations

டானியல் கலத்தில் நாக அரைக்கலமும் செம்பு அரைக்கலமும் உப்புப் பாலத்தினால் இணைக்கப்பட்டுள்ளன; இலத்திரன்கள் நாகத்திலிருந்து செம்புக்கு வெளிக் கம்பியூடாகப் பாய்கின்றன.

அனோட்டுக்கும் கதோட்டுக்கும் இடையேயான முக்கிய வேறுபாடுகள் கீழே தரப்பட்டுள்ளன. இவ்வேறுபாடுகளை ஒருபோதும் குழப்பிக்கொள்ளக் கூடாது.

அனோட்டு (anode)கதோட்டு (cathode)
நடைபெறும் தாக்கம்ஒட்சியேற்றம் (இலத்திரன் இழப்பு)ஒட்சிஇறக்கம் (இலத்திரன் பெறுகை)
கல்வானிக் கலத்தில் ஏற்றம்எதிர் (−) மின்வாய்நேர் (+) மின்வாய்
இலத்திரன் திசைஇலத்திரன்களை வெளியிடுகின்றதுஇலத்திரன்களை ஏற்கின்றது
கலக் குறியீட்டில் இடம்இடது பக்கம்வலது பக்கம்
டானியல் கலத்தில்நாக மின்வாய் (Zn)செம்பு மின்வாய் (Cu)

கலக் குறியீடு (cell notation)

Battery
Wikipedia → · CC

ஒரு மின் இரசாயனக் கலத்தை முழுமையாக வரைபடத்தில் காட்டாமல், ஒரு சுருக்கமான கலக் குறியீட்டின் (cell notation) மூலம் குறிப்பிடலாம். இக்குறியீட்டை எழுதும்பொழுது சில விதிகள் கண்டிப்பாகக் கடைப்பிடிக்கப்பட வேண்டும். ஒட்சியேற்றம் நடைபெறும் அனோட்டு எப்பொழுதும் இடது பக்கத்திலும், ஒட்சிஇறக்கம் நடைபெறும் கதோட்டு எப்பொழுதும் வலது பக்கத்திலும் எழுதப்படுகின்றது. ஒரு மின்வாய்க்கும் அதன் கரைசலுக்கும் இடையேயான அவத்தை எல்லை ஒற்றை நிலைக்குத்துக் கோட்டால் ( | ) குறிக்கப்படுகின்றது. உப்புப் பாலம் இரட்டை நிலைக்குத்துக் கோட்டால் ( || ) குறிக்கப்படுகின்றது. ஒவ்வொரு கூற்றினதும் பௌதிக நிலையும் (s, l, g, aq), தெரிந்தால் செறிவும் கட்டாயமாகக் குறிக்கப்பட வேண்டும்.

Reading Cell Notation — the Daniell Cell Zn(s) | Zn²⁺(aq) ‖ Cu²⁺(aq) | Cu(s) ANODE (left) oxidation half-cell Zn → Zn²⁺ + 2e⁻ salt bridge ‖ double vertical line CATHODE (right) reduction half-cell Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu | = phase boundary | = phase boundary

கலக் குறியீட்டில் இடதுபுறம் அனோட்டு, வலதுபுறம் கதோட்டு; ஒற்றைக் கோடு அவத்தை எல்லையையும், இரட்டைக் கோடு உப்புப் பாலத்தையும் குறிக்கின்றது.

கலத்தின் மின்னியக்கவிசை (cell EMF)

கலத்திலிருந்து மின்னோட்டம் எதுவும் பெறப்படாத நிலையில், கதோட்டுக்கும் அனோட்டுக்கும் இடையே காணப்படும் அழுத்த வேறுபாடு கலத்தின் மின்னியக்கவிசை (electromotive force, EMF) எனப்படுகின்றது. நியம நிபந்தனைகளின் கீழ் (298 K, 1 mol dm⁻³ அயன் செறிவு, 1 bar வாயு அமுக்கம்) இது நியம கல மின்னியக்கவிசை (standard cell EMF), E°cell எனக் குறிக்கப்படுகின்றது. இது கதோட்டினதும் அனோட்டினதும் நியம மின்வாய் அழுத்தங்களின் வேறுபாட்டுக்குச் சமமாகின்றது.

E°cell = E°(கதோட்டு) − E°(அனோட்டு)
E°cell = E°(right) − E°(left)

E°cell பெறுமானம் நேராக இருந்தால், கலக் குறியீட்டில் எழுதப்பட்டுள்ளவாறு தாக்கம் தானாக நிகழும் (spontaneous) என்பது உறுதியாகின்றது. அப்பெறுமானம் மறையாக இருந்தால், எழுதப்பட்ட தாக்கம் தானாக நிகழாது; உண்மையில் அதன் பின்முகத் தாக்கமே தானாக நிகழும். எனவே E°cell இன் குறியீடே தாக்கத்தின் திசையைத் தீர்மானிக்கின்றது.

பகுப்பு 1 — டானியல் கலத்தின் மின்னியக்கவிசையைக் கணித்தல்.

அரைக்கலத் தாக்கங்கள்:   Zn²⁺(aq) + 2e⁻ ⇌ Zn(s)   E° = −0.76 V
Cu²⁺(aq) + 2e⁻ ⇌ Cu(s)   E° = +0.34 V

நாகத்தின் E° மிகவும் மறையாக இருப்பதால் நாகம் இலகுவாக இலத்திரன்களை இழக்கின்றது; எனவே நாகம் அனோட்டாகவும், செம்பு கதோட்டாகவும் தொழிற்படுகின்றது.

E°cell = E°(கதோட்டு) − E°(அனோட்டு) = (+0.34) − (−0.76) = +1.10 V

E°cell நேராக இருப்பதால், Zn(s) + Cu²⁺(aq) → Zn²⁺(aq) + Cu(s) தாக்கம் தானாக நிகழ்கின்றது.
Calculating E°cell from Standard Electrode Potentials E° / V −1.0 0.0 +1.0 Cu²⁺/Cu E° = +0.34 V (cathode) Zn²⁺/Zn E° = −0.76 V (anode) E°cell E°cell = (+0.34) − (−0.76) = +1.10 V positive → spontaneous

நியம மின்வாய் அழுத்தங்களுக்கிடையேயான இடைவெளியே நியம கல மின்னியக்கவிசை; அது நேராக இருப்பின் தாக்கம் தானாக நிகழும்.

2. மின்வாய் அழுத்தத்தைப் பாதிக்கும் காரணிகள் (NIE 3.3.2)

ஒரு அரைக்கலத்தின் மின்வாய் அழுத்தம் (electrode potential) எப்பொழுதும் ஒரே பெறுமானத்தில் இருப்பதில்லை. ஒரு மின் இரசாயனத் தாக்கம் நடைபெறுவதற்கு, மின்வாயின் மேற்பரப்பின் மீது அயன்கள் பொருத்தமான சக்தியுடனும் சார்புநிலையுடனும் மோத வேண்டும். எனவே அயன்களின் செறிவும் (concentration), தொகுதியின் வெப்பநிலையும் (temperature) மின்வாய் அழுத்தத்தைத் தீர்மானிப்பதில் முக்கியமான பங்கு வகிக்கின்றன. வாயு மின்வாய்கள் பயன்படுத்தப்படும்பொழுது வாயுவின் அமுக்கமும் ஒரு காரணியாக அமைகின்றது.

மின்வாய் அழுத்தம் செறிவிலும் வெப்பநிலையிலும் எவ்வாறு தங்கியிருக்கின்றது என்பது நெர்ன்ஸ்ட் சமன்பாட்டினால் (Nernst equation) கணிப்பளவாக விளக்கப்படுகின்றது. ஒரு அரைக்கலத் தாக்கத்திற்கு (Mⁿ⁺ + ne⁻ ⇌ M) நெர்ன்ஸ்ட் சமன்பாடு கீழே தரப்பட்டுள்ளது.

E = E° − (RT / nF) ln Q
298 K இல்:   E = E° − (0.0592 / n) log₁₀ Q

இங்கு E என்பது உண்மையான மின்வாய் அழுத்தம்; E° என்பது நியம மின்வாய் அழுத்தம்; R என்பது வாயு மாறிலி (8.314 J K⁻¹ mol⁻¹); T என்பது கெல்வினில் வெப்பநிலை; n என்பது இடம்பெறும் இலத்திரன்களின் எண்ணிக்கை; F என்பது பரடேயின் மாறிலி (96,500 C mol⁻¹); Q என்பது தாக்க பாகவீதம் ஆகும். இச்சமன்பாடு இரண்டு முக்கிய முடிவுகளைக் காட்டுகின்றது. முதலாவதாக, ஒட்சியேற்றப்பட்ட வடிவத்தின் (உதாரணமாக Mⁿ⁺ அயனின்) செறிவு அதிகரிக்கும்பொழுது மின்வாய் அழுத்தம் அதிகரிக்கின்றது. இரண்டாவதாக, வெப்பநிலை மாறும்பொழுது RT/nF காரணி மாறுவதால் மின்வாய் அழுத்தமும் மாறுகின்றது.

உதாரணமாக, வெள்ளி–வெள்ளிக் குளோரைட்டு மின்வாயின் நியம மின்வாய் அழுத்தம் (நியம ஐதரசன் மின்வாய் தொடர்பாக) +0.22 V ஆகும். ஆனால் மின்பகு கரைசலான Cl⁻ அயனின் செறிவு 0.10 mol dm⁻³ ஆக இருக்கும்பொழுது மின்வாய் அழுத்தம் +0.29 V ஆகவும், Cl⁻ செறிவு 1.0 mol dm⁻³ ஆகும்பொழுது அது +0.24 V ஆகவும் மாறுகின்றது. இவ்வாறு செறிவு மாற்றம் கல மின்னியக்கவிசையையும் நேரடியாக மாற்றுகின்றது.

Effect of Ion Concentration on Electrode Potential (Nernst) E / V log₁₀ [Mⁿ⁺] (oxidised-form concentration) E = E° when [Mⁿ⁺] = 1 mol dm⁻³ dilute → lower E concentrated → higher E ↑ [oxidised form] ⇒ ↑ electrode potential E

நெர்ன்ஸ்ட் சமன்பாட்டின்படி ஒட்சியேற்றப்பட்ட வடிவத்தின் செறிவு கூடினால் மின்வாய் அழுத்தம் கூடுகின்றது.

3. வெவ்வேறு வகையான மின் இரசாயனக் கலங்கள் (NIE 3.3.3)

இரசாயன சக்தியை மின்சக்தியாக மாற்றுவதற்காகப் பல்வேறு வகையான மின் இரசாயனக் கலங்கள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. கலத்தாக்கத்தைப் பின்முகமாக நிகழச் செய்ய முடியுமா இல்லையா என்பதை அடிப்படையாகக் கொண்டும், அமைப்பின் சிறப்புத் தன்மையைக் கொண்டும் இக்கலங்கள் முதன்மைக் கலம், துணைக்கலம், எரிபொருட் கலம், செறிவுக் கலம் என நான்கு வகையாக வகைப்படுத்தப்படுகின்றன.

முதன்மைக் கலம் (primary cell)

வெளியிலிருந்து மின்சக்தியை வழங்குவதன் மூலம் கலத்தாக்கத்தைப் பின்முகமாக நிகழச் செய்ய முடியாத கலம் முதன்மைக் கலம் (primary cell) எனப்படுகின்றது. இவை மீள மின்னேற்ற முடியாதவை (non-rechargeable). தாக்கிகள் தீர்ந்தவுடன் இக்கலம் பயனற்றுப் போய்விடுகின்றது. அன்றாட வாழ்வில் பயன்படும் உலர் கலம் (dry cell), அதாவது சாதாரண இலக்கிளாஞ்சிக் கலம் (Leclanché cell), முதன்மைக் கலத்திற்கு நல்லதொரு உதாரணமாகும். உலர் கலத்தில் நாகக் கொள்கலனே அனோட்டாகவும், MnO₂ உடன் சூழப்பட்ட காபன் தண்டே கதோட்டாகவும், NH₄Cl பசை மின்பகு கரைசலாகவும் தொழிற்படுகின்றன.

துணைக் கலம் (secondary cell)

கலத்தாக்கங்களை மீள நிகழச் செய்வதன் மூலம் மீண்டும் மீண்டும் மின்னேற்றக் கூடிய கலம் துணைக் கலம் (secondary cell) எனப்படுகின்றது; இவை மீள மின்னேற்றக் கூடியவை (rechargeable). மொட்டார் வாகனங்களில் பயன்படும் ஈயச் சேமிப்புக் கலம் (lead-acid accumulator) இதற்குச் சிறந்த உதாரணமாகும். இக்கலம் வெளியேற்றத்தின்போது (discharge) தானாக நிகழும் தாக்கத்தின் மூலம் மின்சக்தியை வழங்குகின்றது; வெளியிலிருந்து மின்சக்தி செலுத்தப்படும்பொழுது இத்தாக்கம் பின்முகமாக நிகழ்ந்து கலம் மீண்டும் மின்னேற்றமடைகின்றது. ஈயச் சேமிப்புக் கலத்தில் ஈய (Pb) அனோட்டும், ஈய(IV) ஒட்சைட்டு (PbO₂) கதோட்டும், ஐதான சல்பூரிக் அமிலமும் (H₂SO₄) பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

ஈயச் சேமிப்புக் கலம் — வெளியேற்றத் தாக்கங்கள் (discharge):

அனோட்டு:   Pb(s) + SO₄²⁻(aq) → PbSO₄(s) + 2e⁻
கதோட்டு:   PbO₂(s) + 4H⁺(aq) + SO₄²⁻(aq) + 2e⁻ → PbSO₄(s) + 2H₂O(l)

மின்னேற்றத்தின்போது (recharge) இவ்விரு தாக்கங்களும் பின்முகமாக நிகழ்ந்து Pb உம் PbO₂ உம் மீண்டும் உருவாகின்றன.

எரிபொருட் கலம் (fuel cell)

ஒரு எரிபொருளை இடைவிடாது வெளியிலிருந்து வழங்கி, அதன் தகனத்தின் இரசாயன சக்தியை நேரடியாக மின்சக்தியாக மாற்றும் கலம் எரிபொருட் கலம் (fuel cell) எனப்படுகின்றது. மிகவும் பொதுவான உதாரணம் ஐதரசன்–ஒட்சிசன் எரிபொருட் கலமாகும் (hydrogen–oxygen fuel cell). இங்கு ஐதரசன் வாயு அனோட்டிலும், ஒட்சிசன் வாயு கதோட்டிலும் இடைவிடாது வழங்கப்படுகின்றன; இரு மின்வாய்களும் ஒரு கார மின்பகு கரைசலில் (KOH) அமிழ்த்தப்பட்டுள்ளன. ஒட்டுமொத்தத் தாக்கம் ஐதரசனின் தகனத்திற்குச் சமமாகும்; ஒரே விளைபொருள் நீர் ஆகும். எனவே எரிபொருட் கலம் மாசற்ற மின்சக்தி மூலமாக விளங்குகின்றது.

Hydrogen–Oxygen Fuel Cell load e⁻ KOH electrolyte ANODE (−) CATHODE (+) porous, catalysed porous, catalysed H₂ in O₂ in H₂ + 2OH⁻ → 2H₂O + 2e⁻ ½O₂ + H₂O + 2e⁻ → 2OH⁻ H₂O (only product)

ஐதரசன்–ஒட்சிசன் எரிபொருட் கலத்தில் வாயுக்கள் இடைவிடாது வழங்கப்படுகின்றன; ஒரே விளைபொருள் நீர்.

செறிவுக் கலம் (concentration cell)

இரண்டு அரைக்கலங்களும் ஒரே மின்வாயையும் ஒரே வகை அயனையும் கொண்டிருந்தாலும், அவ்வயனின் செறிவு மட்டும் வேறுபடும்பொழுது அமைகின்ற கலம் செறிவுக் கலம் (concentration cell) எனப்படுகின்றது. நெர்ன்ஸ்ட் சமன்பாட்டின்படி, செறிவு கூடிய அரைக்கலத்தின் மின்வாய் அழுத்தம் கூடியதாக இருப்பதால் அது கதோட்டாகவும், செறிவு குறைந்த அரைக்கலம் அனோட்டாகவும் தொழிற்படுகின்றன. தாக்கம் இரு கரைசல்களும் சம செறிவை அடையும்வரை தொடர்கின்றது; அந்நிலையில் Ecell = 0 ஆகி கலம் தொழிற்படுவதை நிறுத்திவிடுகின்றது.

Concentration Cell — same metal, different ion concentrations V e⁻ flow Cu Cu²⁺ DILUTE 0.01 mol dm⁻³ ANODE (−) Cu Cu²⁺ CONCENTRATED 1.0 mol dm⁻³ CATHODE (+) salt bridge runs until both concentrations equalise → Ecell = 0

செறிவுக் கலத்தில் நீர்த்த அரைக்கலம் அனோட்டாகவும், செறிந்த அரைக்கலம் கதோட்டாகவும் தொழிற்படுகின்றன.

வகைமீள மின்னேற்றம்உதாரணம்சிறப்பியல்பு
முதன்மைக் கலம்முடியாதுஉலர் கலம் (இலக்கிளாஞ்சி)தாக்கிகள் தீர்ந்தவுடன் பயனற்றுப்போகும்
துணைக் கலம்முடியும்ஈயச் சேமிப்புக் கலம்தாக்கம் பின்முகமாக நிகழ்த்தப்படலாம்
எரிபொருட் கலம்தேவையில்லைH₂–O₂ எரிபொருட் கலம்எரிபொருள் இடைவிடாது வழங்கப்படும்
செறிவுக் கலம்—Cu | Cu²⁺(நீர்த்த) ‖ Cu²⁺(செறிந்த) | Cuசெறிவு வேறுபாட்டால் மட்டுமே இயங்கும்
⚠ பொதுவான தவறுகள்
  • கல்வானிக் கலத்திலும் மின்பகுக் கலத்திலும் அனோட்டின் ஏற்றம் வேறுபடுகின்றது. கல்வானிக் கலத்தில் அனோட்டு எதிர் மின்வாய்; ஆனால் மின்பகுப்பில் அனோட்டு நேர் மின்வாய். இங்கு "ஒட்சியேற்றம் எப்பொழுதும் அனோட்டில்" என்பது மட்டுமே மாறாத விதி.
  • E°cell கணிக்கும்பொழுது அரைத்தாக்க E° பெறுமானங்களை இலத்திரன் எண்ணிக்கையால் ஒருபோதும் பெருக்கக் கூடாது. E° என்பது ஒரு தீவிர இயல்பு (intensive property); சமன்பாட்டை இரட்டிப்பாக்கினாலும் E° மாறாது.
  • உப்புப் பாலத்தை மறந்துவிடாதீர்கள். அது இல்லையெனின் ஏற்றம் குவிந்து கலம் உடனடியாகத் தொழிற்படுவதை நிறுத்திவிடும்.
  • E°cell = E°(கதோட்டு) − E°(அனோட்டு). கதோட்டு என்பது வலது பக்க (வாசிப்பில்) அரைக்கலம்; அனோட்டு என்பது இடது பக்கம். வரிசையைத் தலைகீழாக்கினால் குறியீடு தவறாகி விடும்.
📝 தேர்வாளர் குறிப்பு
  • "அனோட்டில் ஒட்சியேற்றம், கதோட்டில் ஒட்சிஇறக்கம்" — இவ்விரண்டையும் ஒருபோதும் குழப்பிக்கொள்ள வேண்டாம். கல்வானிக் கலத்தில் அனோட்டு (−), கதோட்டு (+).
  • கலக் குறியீட்டில் இடதுபுறம் அனோட்டு, வலதுபுறம் கதோட்டு; ஒற்றைக் கோடு ( | ) அவத்தை எல்லையையும், இரட்டைக் கோடு ( ‖ ) உப்புப் பாலத்தையும் குறிக்கின்றது. பௌதிக நிலையையும் செறிவையும் விட்டுவிடாதீர்கள்.
  • E°cell நேராக இருந்தால் தாக்கம் தானாக நிகழும்; மறையாக இருந்தால் பின்முகத் தாக்கமே தானாக நிகழும். இந்த ஒரே வாக்கியம் பல வினாக்களுக்கு விடையாகும்.
  • நெர்ன்ஸ்ட் சமன்பாடு: 298 K இல் E = E° − (0.0592/n) log₁₀ Q. ஒட்சியேற்றப்பட்ட வடிவத்தின் செறிவு கூடினால் E கூடும்.
  • முதன்மைக் கலம் = மீள மின்னேற்ற முடியாதது; துணைக் கலம் = மீள மின்னேற்றக் கூடியது; எரிபொருட் கலத்தில் எரிபொருள் இடைவிடாது வழங்கப்படுகின்றது; செறிவுக் கலம் செறிவு வேறுபாட்டால் மட்டுமே இயங்குகின்றது.
🌐 விளக்க படம் / Explanatory Diagram
Electrochemical cells
மின்வேதி கலங்கள்
Electrochemical cells
Credit: Wikimedia Commons  · CC BY-SA 4.0
📖 மேலதிக தகவல் / More on Wikipedia →

📝 பயிற்சி வினாக்கள்

பகுதி I — பல்தேர்வு வினாக்கள்

  1. கால்வானிக் (மின்வேதிக்) கலம் மாற்றுவது:

    1. மின் → வேதி ஆற்றல்
    2. வேதி → மின் ஆற்றல்
    3. வெப்பம் → ஒளி
    4. ஒளி → மின்
    5. எதுவுமில்லை
    விடை
    (2) — தன்னிச்சை வினையால் வேதி → மின் ஆற்றல்.

  2. கால்வானிக் கலத்தில் ஆக்சிஜனேற்றம் நிகழும் மின்வாய்:

    1. கேதோடு
    2. அனோடு
    3. உப்பு பாலம்
    4. கம்பி
    5. எதுவுமில்லை
    விடை
    (2) — அனோடில் ஆக்சிஜனேற்றம் (எதிர்மின்).

  3. உப்பு பாலத்தின் (salt bridge) வேலை:

    1. மின்னோட்டத்தைத் தடுக்க
    2. மின்னூட்ட சமநிலையைப் பேண
    3. வெப்பப்படுத்த
    4. நிறம் தர
    5. எதுவுமில்லை
    விடை
    (2) — அயன்கள் ஓடி மின்னூட்ட நடுநிலையைப் பேணும்.

  4. கலத்தின் மின்னியக்கு விசை (EMF) =

    1. E°(anode) − E°(cathode)
    2. E°(cathode) − E°(anode)
    3. E°(cathode) + E°(anode)
    4. E°(cathode) × E°(anode)
    5. 0
    விடை
    (2) — E°cell = E°(கேதோடு) − E°(அனோடு).

  5. நேர் E°cell குறிப்பது வினை:

    1. தன்னிச்சையற்றது
    2. தன்னிச்சையானது
    3. சமநிலை
    4. மெதுவானது
    5. எதுவுமில்லை
    விடை
    (2) — E°cell > 0 → ΔG < 0 → தன்னிச்சை.

  6. டேனியல் கலத்தில் பயன்படும் உலோகங்கள்:

    1. Cu, Ag
    2. Zn, Cu
    3. Fe, Pb
    4. Na, K
    5. Mg, Al
    விடை
    (2) — Zn (அனோடு) மற்றும் Cu (கேதோடு).

பகுதி II — கட்டமைப்பு வினா

• கால்வானிக் கலத்தின் அனோடு, கேதோடு, உப்பு பாலத்தின் வேலையைச் சுருக்கமாகத் தருக.

மாதிரி விடை
அனோடு: ஆக்சிஜனேற்றம் (e⁻ வெளியேற்றம்). கேதோடு: ஒடுக்கம் (e⁻ ஏற்றல்). உப்பு பாலம்: மின்னூட்ட சமநிலை.

• E°(Cu²⁺/Cu)=+0.34, E°(Zn²⁺/Zn)=−0.76 எனில் டேனியல் கலத்தின் EMF-ஐக் கணிக்க.

மாதிரி விடை
E°cell = E°(கேதோடு) − E°(அனோடு) = 0.34 − (−0.76) = +1.10 V.

கட்டுரை வினா

• கால்வானிக் கலம் — அமைப்பு, அரைக்கலங்கள், உப்பு பாலம், EMF கணிப்பு, தன்னிச்சைத் தன்மையை விளக்குக.

விடை வரைவு
வரைவு: இரு அரைக்கலம், அனோடு (ஆக்சிஜனேற்றம்)/கேதோடு (ஒடுக்கம்); உப்பு பாலம் மின்னூட்ட சமநிலை; E°cell=E°கேதோடு−E°அனோடு; +E°→தன்னிச்சை; எ-கா டேனியல் கலம் 1.10V.
← அலகு 13