విద్యుత్ రసాయన శాస్త్రం

భావన కోర్

విద్యుత్ ఘటాల నుండి ఫారడే నియమాల వరకు — పరీక్ష తయారీ సారాంశం.

గాల్వానిక్ ఘటం — E°cell లెక్క

విద్యుత్ ఘటంలో రెండు అర్ధ ఘటాలు ఉంటాయి: ఆక్సీకరణం (ఆనోడ్) + క్షయీకరణం (కాథోడ్)

E°cell = E°(cathode) - E°(anode) = E°(reduction, cathode) - E°(reduction, anode)

SHE (Standard Hydrogen Electrode): E° = 0.00 V (సూచన)

E°cell > 0: సహజ ప్రతిచర్య (ΔG < 0)

E°cell < 0: అసహజ ప్రతిచర్య (విద్యుద్విశ్లేషణ అవసరం)

నెర్నెస్ట్ సమీకరణం

సాంద్రత మారినప్పుడు E విలువ:

E = E° - (RT/nF)ln Q = E° - (0.059/n)log Q (25°C వద్ద)

Q = ద్రవ్యభ్రంశ నిష్పత్తి; n = బదిలీ అయిన ఎలక్ట్రాన్ల సంఖ్య

సమతుల్యంలో E = 0 మరియు Q = K:

E° = (0.059/n)log K

ΔG° మరియు E°cell సంబంధం

ΔG° = -nFE°cell

F = ఫారడే స్థిరాంకం = 96500 C/mol

E°cell > 0 → ΔG° < 0 → సహజ ప్రతిచర్య

ΔG° = -RT ln K నుండి: E° = (RT/nF) ln K

25°C వద్ద: E° = (0.059/n) log K

ఫారడే నియమాలు

1వ నియమం: జమైన పదార్థ ద్రవ్యరాశి పంపిన ఛార్జ్‌కు అనుపాతంలో ఉంటుంది: m ∝ Q

2వ నియమం: సమాన ఛార్జ్‌తో విభిన్న అయాన్లు జమ అయినప్పుడు, వాటి ద్రవ్యరాశులు సమానతుల్య ద్రవ్యరాశులకు అనుపాతంలో ఉంటాయి

m = (M × I × t) / (n × F)

M = మోలార్ ద్రవ్యరాశి, I = విద్యుత్ ప్రవాహం (A), t = సమయం (s), n = అయాన్ ఛార్జ్

వాహకత (Conductance)

నిర్దిష్ట వాహకత (κ): SI: S/m లేదా S/cm

మోలార్ వాహకత (Λm): Λm = κ/c (c = మోలార్ సాంద్రత)

కోల్‌రాష్ నియమం: అనంత తనూకరణ వద్ద:

Λ°m = Σ(ν₊λ₊° + ν₋λ₋°)

బలహీన విద్యుద్విశ్లేష్యాల Λ°m ని నేరుగా కొలవలేం — కోల్‌రాష్ నియమం ఉపయోగిస్తారు

ఆక్సీకరణ స్థితి మరియు ఘటం నిర్మాణం

విద్యుత్ ఘటంలో ఎలక్ట్రాన్లు ఆనోడ్ (ఆక్సీకరణం) నుండి కాథోడ్ (క్షయీకరణం) కు బాహ్య వలయంలో ప్రవహిస్తాయి.

జింక్-కాపర్ గాల్వానిక్ ఘటం: Zn|Zn²⁺||Cu²⁺|Cu

ఆనోడ్ (ఆక్సీకరణం): Zn → Zn²⁺ + 2e⁻; E° = -0.76 V (ఆక్సీకరణ)

కాథోడ్ (క్షయీకరణం): Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu; E° = +0.34 V

E°cell = E°(Cu²⁺/Cu) - E°(Zn²⁺/Zn) = 0.34 - (-0.76) = 1.10 V

సూత్ర వాల్ట్

E°cell సూత్రం

E°cell = E°cathode - E°anode

క్షయీకరణ పొటెన్షియల్‌తో

ΔG° మరియు E°cell

ΔG° = -nFE°cell

F = 96500 C/mol

నెర్నెస్ట్ సమీకరణం

E = E° - (0.059/n)log Q

25°C వద్ద

సమతుల్య స్థిరాంకం

E° = (0.059/n)log K

E=0 వద్ద Q=K

ఫారడే 1వ నియమం

m = MIt/nF

m = జమైన ద్రవ్యరాశి (g)

1 ఫారడే ఛార్జ్

F = 96500 C

1 mol ఎలక్ట్రాన్ల ఛార్జ్

మోలార్ వాహకత

Λm = κ/c

c = mol/m³ లో

కోల్‌రాష్ నియమం

Λ°m = Σ(ν₊λ₊° + ν₋λ₋°)

అనంత తనూకరణ వద్ద

పరిష్కృత ఉదాహరణలు

సులభం Zn-Cu ఘటానికి E°cell కనుక్కోండి ▾

E°(Zn²⁺/Zn) = -0.76V, E°(Cu²⁺/Cu) = +0.34V. E°cell = ?

E°cell = E°cathode - E°anode = E°(Cu²⁺/Cu) - E°(Zn²⁺/Zn)

= 0.34 - (-0.76) = 0.34 + 0.76 = 1.10 V

✓ E°cell = 1.10 V (సహజ ప్రతిచర్య — E°cell > 0)

సులభం ΔG° = -nFE°cell నుండి E°cell = 1.1V, n=2 కు ΔG° కనుక్కోండి ▾

E°cell = 1.10 V, n = 2. ΔG° = ? (F = 96500 C/mol)

ΔG° = -nFE°cell = -2 × 96500 × 1.10

= -2 × 96500 × 1.10 = -2,12,300 J = -212.3 kJ

✓ ΔG° = -212.3 kJ (ఋణాత్మకం → సహజ ప్రతిచర్య)

మధ్యస్థం 2A విద్యుత్‌తో 30 min లో జమ అయిన Cu ద్రవ్యరాశి ▾

2A విద్యుత్ ప్రవాహం 30 నిమిషాలు ప్రవహిస్తే CuSO₄ పరిష్కారం నుండి జమ అయిన Cu ద్రవ్యరాశి ఎంత? (M=64, n=2)

t = 30×60 = 1800 s. m = MIt/nF

m = 64×2×1800/(2×96500) = 230400/193000 = 1.19 g

✓ జమ అయిన Cu = 1.19 g

EAPCET స్థాయి E°cell = 0.059/n × log K నుండి K కనుక్కోండి ▾

E°cell = 0.59 V, n = 2 అయిన ఘటానికి K కనుక్కోండి.

E° = (0.059/n) log K → 0.59 = (0.059/2) log K

log K = 0.59 × 2/0.059 = 20

K = 10²⁰

✓ K = 10²⁰ (అతి పెద్ద K → చర్య దాదాపు పూర్తి)

ఉచ్చు ప్రశ్న ఆనోడ్ మరియు కాథోడ్ గుర్తింపు ▾

గాల్వానిక్ ఘటం vs విద్యుద్విశ్లేష్య ఘటంలో ఆనోడ్ ఛార్జ్ ఏమిటి?

ఉచ్చు: ఆనోడ్ ఎల్లప్పుడూ రుణాత్మకం అని అంటారు — తప్పు.

గాల్వానిక్ ఘటంలో ఆనోడ్: ఆక్సీకరణం, ఋణాత్మక ఛార్జ్ (e⁻ ఉత్పత్తి)

విద్యుద్విశ్లేష్య ఘటంలో ఆనోడ్: ఆక్సీకరణం, ధనాత్మక ఛార్జ్ (బాహ్య శక్తి వల్ల)

✓ ఆనోడ్ = ఆక్సీకరణం (రెండింటిలో). గాల్వానిక్: ఆనోడ్ -, కాథోడ్ +. విద్యుద్విశ్లేష్య: ఆనోడ్ +, కాథోడ్ -.

తప్పుల విశ్లేషణ

⚡

E°cell = E°anode + E°cathode అని రాయడం

E°cell = E°cathode - E°anode (క్షయీకరణ పొటెన్షియల్‌తో). కూడికలు కాదు, వ్యవకలనం.

❌ తప్పు

E°cell = E°anode + E°cathode ✗
= -0.76 + 0.34 = -0.42V
(తప్పు సంకేతం)

✓ సరైనది

E°cell = E°c - E°a ✓
= 0.34-(-0.76)
= 1.10V

💡 E°cell = E°(reduction cathode) - E°(reduction anode). రెండు క్షయీకరణ పొటెన్షియల్‌లు — వ్యవకలనం.

🔋

ఆనోడ్ ఛార్జ్ గందరగోళం

గాల్వానిక్ ఘటంలో ఆనోడ్ ఋణాత్మకం, విద్యుద్విశ్లేష్య ఘటంలో ఆనోడ్ ధనాత్మకం — రెండు వేర్వేరు.

❌ తప్పు

ఆనోడ్ ఎల్లప్పుడూ ఋణాత్మకం ✗
(విద్యుద్విశ్లేష్య ఘటంలో
ఆనోడ్ ధనాత్మకం)

✓ సరైనది

గాల్వానిక్: ఆనోడ్ ✓
విద్యుద్విశ్లేష్య: ఆనోడ్ + ✓
ఆనోడ్ = ఆక్సీకరణం
రెండింటిలో

💡 ఆనోడ్ = ఆక్సీకరణం (ఎల్లప్పుడూ). ఛార్జ్ మాత్రమే మారుతుంది: గాల్వానిక్ (-), విద్యుద్విశ్లేష్య (+).

⏱️

ఫారడే సూత్రంలో t నిమిషాలలో వాడటం

m = MIt/nF లో t సెకన్లలో ఉండాలి. నిమిషాలు ×60 మర్చిపోతారు.

❌ తప్పు

30 నిమిషాలు:
m = MI×30/nF ✗
(సెకన్లు కాదు)

✓ సరైనది

t = 30×60 = 1800 s ✓
m = MI×1800/nF
సెకన్లు తప్పనిసరి

💡 m = MIt/nF లో t = సెకన్లు (SI). నిమిషాలు ×60, గంటలు ×3600 మార్చండి.

📊

E°cell > 0 → K > 1 అని గుర్తుంచుకోకపోవడం

E° = (0.059/n)log K. E° > 0 → log K > 0 → K > 1 (ఉత్పత్తుల వైపు).

❌ తప్పు

E°cell > 0 అయినా K < 1 ✗
(సంబంధం మరచిపోయారు)

✓ సరైనది

E° > 0 → K > 1 ✓
E° = 0 → K = 1 ✓
E° < 0 → K < 1 ✓

💡 E° = (0.059/n)log K. E° > 0 → log K > 0 → K > 1. ΔG°, E°cell, K మూడూ ఒకదానికొకటి అనుసంధానం.

అధ్యాయ తెలివిడి

EAPCET అంశాల వెయిటేజ్ (2019-2024)

E°cell లెక్కింపు

ΔG° - E°cell సంబంధం

ఫారడే నియమాల గణన

నెర్నెస్ట్ సమీకరణం

మోలార్ వాహకత

అధిక మార్కుల PYQ నమూనాలు

Zn-Cu ఘట E°cell ΔG° = -nFE° గణన ఫారడే — జమ ద్రవ్యరాశి E° = 0.059/n × log K ఆనోడ్/కాథోడ్ గుర్తింపు

పరీక్షా వ్యూహం

E°cell = E°c - E°a (రెండూ క్షయీకరణ పొటెన్షియల్‌తో). ఎల్లప్పుడూ వ్యవకలనం — కూడిక కాదు.
ΔG° = -nFE°cell. E°cell > 0 → ΔG° < 0 → K > 1 — ఈ మూడు ఒకే దిశలో ఉంటాయి.
ఫారడే: m = MIt/nF. t = సెకన్లు (నిమిషాలు ×60). n = అయాన్ వాలెన్సీ.
నెర్నెస్ట్: E = E° - (0.059/n)log Q. Q = [ఉత్పత్తులు]/[క్రియాజనకాలు] (ఆక్సీకరణ స్థితి మారిన రూపంలో).

విద్యుత్ రసాయన శాస్త్రం

భావన కోర్

సూత్ర వాల్ట్

పరిష్కృత ఉదాహరణలు

తప్పుల విశ్లేషణ

అధ్యాయ తెలివిడి

💡 Suggestions & Feedback

Thank you!