इलेक्ट्रोड क्षमता

विद्युत्-रसायन में, इलेक्ट्रोड क्षमता विद्युत उत्पन्न करने वाले सेल का वैद्युतवाहक बल है। जो मानक संदर्भ इलेक्ट्रोड से निर्मित होता है और अन्य इलेक्ट्रोड की विशेषता होती है। परिपाटी के अनुसार, संदर्भ इलेक्ट्रोड मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड (SHE) है। इसे शून्य वोल्ट की क्षमता के रूप में परिभाषित किया गया है। इसे चार्ज धातु की छड़ और नमक समाधान के मध्य संभावित अंतर के रूप में भी परिभाषित किया जा सकता है।

इलेक्ट्रोड क्षमता का मूल इलेक्ट्रोड और इलेक्ट्रोलाइट के मध्य इंटरफेस में विकसित संभावित अंतर में है। उदाहरण के लिए, M⁺/M रिडॉक्स युगल की इलेक्ट्रोड क्षमता के बारे में सामान्यतः बात है।

उत्पत्ति और व्याख्या

इलेक्ट्रोड क्षमता इलेक्ट्रोड और इलेक्ट्रोलाइट के मध्य इंटरफेस (रसायन विज्ञान) में आवेशित प्रजातियों के अंतरफलक में स्थानांतरण, इंटरफ़ेस पर आयनों के विशिष्ट सोखना और विलायक सहित ध्रुवीय अणुओं के रासायनिक अवशोषण/अभिविन्यास के कारण प्रकट होती है।

विद्युत्-रसायन सेल में, कैथोड और एनोड में स्वतंत्र रूप से निश्चित इलेक्ट्रोड क्षमता होती है और उनके मध्य का अंतर सेल की क्षमता है।

$E_{\text{cell}}=E_{\text{cathode}}-E_{\text{anode}}.$

इलेक्ट्रोड क्षमता या तो कार्य कर रहे इलेक्ट्रोड (प्रतिवर्ती क्षमता) पर थर्मोडायनामिक संतुलन पर हो सकती है, या कार्य कर रहे इलेक्ट्रोड पर गैर-शून्य शुद्ध प्रतिक्रिया के साथ क्षमता किन्तु शून्य शुद्ध वर्तमान (क्षरण क्षमता, मिश्रित संभावित सिद्धांत), या क्षमता के साथ कार्य कर रहे इलेक्ट्रोड पर गैर-शून्य शुद्ध वर्तमान (जैसे विद्युत उत्पन्न करनेवाली जंग या voltammetry में)। प्रतिवर्ती क्षमता को कभी-कभी किसी दिए गए इलेक्ट्रोएक्टिव प्रजातियों के लिए मानक इलेक्ट्रोड क्षमता में परिवर्तित किया जा सकता है, जो मापा मूल्यों के मानक स्थिति के एक्सट्रपलेशन द्वारा किया जाता है।

गैर-संतुलन के अनुसार इलेक्ट्रोड क्षमता का मूल्य संपर्क चरणों की प्रकृति और संरचना पर निर्भर करता है, और इंटरफ़ेस पर विद्युत रासायनिक कैनेटीक्स पर निर्भर करता है (बटलर-वोल्मर समीकरण देखें)।

मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड के साथ इलेक्ट्रोड क्षमता के निर्धारण के लिए परिचालन धारणा में आदर्श समाधान में हाइड्रोजन आयन के साथ इस संदर्भ इलेक्ट्रोड को सम्मिलित किया गया है, जो हाइड्रोजन आयन के गठन के मानक एन्थैल्पी के समतुल्य सभी तापमानों पर शून्य क्षमता है, सभी तापमानों पर भी शून्य है।

नाप

इलेक्ट्रोड क्षमता के मापन के लिए तीन-इलेक्ट्रोड सेटअप

माप सामान्यतः तीन-इलेक्ट्रोड सेटअप (ड्राइंग देखें) का उपयोग करके आयोजित किया जाता है:

1. कार्य कर रहे इलेक्ट्रोड ,
2. सहायक इलेक्ट्रॉनिक,
3. संदर्भ इलेक्ट्रोड (मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड या समकक्ष)।

इलेक्ट्रोड पर नॉन-जीरो नेट करंट के स्थिति में, इलेक्ट्रोलाइट में ओम के नियम IR-ड्रॉप को कम करना आवश्यक है, उदाहरण के लिए, संदर्भ इलेक्ट्रोड को कार्यशील इलेक्ट्रोड की सतह के पास स्थित करके (उदाहरण के लिए, लुगिन केशिका देखें), या पर्याप्त उच्च चालकता (इलेक्ट्रोलाइटिक) के सहायक इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करके। संभावित माप कार्यशील इलेक्ट्रोड से जुड़े विद्युतमापी के सकारात्मक टर्मिनल और संदर्भ इलेक्ट्रोड के नकारात्मक टर्मिनल के साथ किया जाता है।

साइन कन्वेंशन

ऐतिहासिक रूप से, इलेक्ट्रोड क्षमता के लिए हस्ताक्षर के लिए दो सम्मेलनों का गठन किया गया है:

1. सम्मेलन वाल्थर नर्नस्ट-गिल्बर्ट न्यूटन लुईस-वेंडेल मिशेल लैटीमर (कभी-कभी अमेरिकी के रूप में संदर्भित),
2. सम्मेलन जोशिया विलार्ड गिब्स-विल्हेम ओस्टवाल्ड-स्टॉकहोम (कभी-कभी यूरोपीय के रूप में संदर्भित)।

1953 में स्टॉकहोम में IUPAC ने माना कि दोनों में से कोई भी कन्वेंशन अनुमेय है; चूँकि, इसने सर्वसम्मति से सिफारिश की कि केवल परिपाटी (2) के अनुसार व्यक्त परिमाण को इलेक्ट्रोड क्षमता कहा जाए। संभावित अस्पष्टताओं से बचने के लिए, इस प्रकार परिभाषित इलेक्ट्रोड क्षमता को गिब्स-स्टॉकहोम इलेक्ट्रोड क्षमता के रूप में भी संदर्भित किया जा सकता है। दोनों सम्मेलनों में, मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड को 0 वी की क्षमता के रूप में परिभाषित किया गया है। दोनों सम्मेलनों के संकेत पर भी सहमत हैं E अर्ध-सेल अभिक्रिया के लिए जब इसे अपचयन के रूप में लिखा जाता है।

दो सम्मेलनों के मध्य मुख्य अंतर यह है कि परिपाटी के अनुसार आधे सेल अभिक्रिया की दिशा उलटने पर (1) का चिन्ह लिखा जाता है E भी स्विच करता है, जबकि कन्वेंशन (2) में ऐसा नहीं होता है। का चिह्न बदलने के पीछे तर्क E द्वारा दिया गया गिब्स मुक्त ऊर्जा परिवर्तन के साथ सही संकेत संबंध बनाए रखना है ΔG = –nFE कहाँ n सम्मिलित इलेक्ट्रॉनों की संख्या है और F फैराडे नियतांक है। यह माना जाता है कि अर्ध-प्रतिक्रिया उपयुक्त SHE अर्ध-प्रतिक्रिया द्वारा संतुलित होती है। तब से ΔG जब किसी प्रतिक्रिया को उल्टा लिखा जाता है तो हस्ताक्षर स्विच करता है, इसलिए भी, सम्मेलन के समर्थकों (1) का तर्क है, का संकेत होना चाहिए E. सम्मेलन के समर्थकों (2) का तर्क है कि सभी रिपोर्ट किए गए इलेक्ट्रोड क्षमता सापेक्ष संभावित अंतर के इलेक्ट्रोस्टैटिक चिह्न के अनुरूप होनी चाहिए।

दो इलेक्ट्रोड से इकट्ठे सेल का संभावित अंतर

See also: Galvanic cell § Cell voltage, Electrochemical cell § Cell potential, and Electrolytic cell § Anode and cathode definitions depend on charge and discharge

दो इलेक्ट्रोड से इकट्ठे सेल की क्षमता का उपयोग करके दो अलग-अलग इलेक्ट्रोड क्षमता से निर्धारित किया जा सकता है

$\Delta V_{\text{cell}}=E_{\text{red,cathode}}-E_{\text{red,anode}}$

या, समकक्ष,

$\Delta V_{\text{cell}}=E_{\text{red,cathode}}+E_{\text{oxy,anode}}.$

यह गैल्वेनिक सेल के विद्युत संभावित अंतर की IUPAC परिभाषा से अनुसरण करता है, जिसके अनुसार किसी सेल का विद्युत विभवान्तर, गैल्वेनिक सेल के दायीं और बायीं ओर के इलेक्ट्रोडों की विभवों का अंतर होता है। कब ΔV_cell धनात्मक है, तो धनात्मक विद्युत आवेश सेल के माध्यम से बाएं इलेक्ट्रोड (एनोड) से दाएं इलेक्ट्रोड (कैथोड) तक प्रवाहित होता है।

यह भी देखें

• पूर्ण इलेक्ट्रोड क्षमता
• विद्युतीय संभाव्यता
• गलवानी क्षमता
• नर्नस्ट समीकरण
• अत्यधिक क्षमता
• वोल्टेज (वोल्टेज)
• मानक इलेक्ट्रोड क्षमता
• मानक इलेक्ट्रोड क्षमता की तालिका
• थर्मोडायनामिक गतिविधि
• वोल्टा क्षमता