वोल्टिक सेल की मूल रचना और वोल्टिक सेल का कामकाज

एक सरल वोल्टिक सेल को एक जिंक प्लेट और एक तांबे की प्लेट को गंधकीय अम्ल के विलयन में डुबोकर बनाया जाता है। चित्र में दिखाए गए अनुसार, यदि तांबे की प्लेट और जिंक की प्लेट को बाहरी रूप से एक विद्युत लोड से जोड़ा जाता है, तो एक विद्युत धारा लोड के माध्यम से तांबे की प्लेट से जिंक की प्लेट तक बहना शुरू हो जाती है। इसका मतलब है कि तांबे की प्लेट और जिंक की प्लेट के बीच कोई विद्युत संभावित अंतर विकसित होता है। जैसे-जैसे धारा तांबे से जिंक तक बहती है, यह स्पष्ट है कि तांबे की प्लेट धनात्मक आवेशित हो जाती है और जिंक की प्लेट ऋणात्मक आवेशित हो जाती है।

वोल्टिक सेल का कार्य

वोल्टिक सेल के कार्य के सिद्धांत पर निर्भर करता है कि, जब दो असमान धातुओं को एक विद्युतालोकीय विलयन में डुबोया जाता है, तो अधिक प्रतिक्रियाशील धातु विद्युतालोकीय विलयन में धनात्मक धातु आयनों के रूप में घुलने की प्रवृत्ति रखती है, जिससे धातु प्लेट पर इलेक्ट्रॉन छूट जाते हैं। यह घटना अधिक प्रतिक्रियाशील धातु प्लेट को ऋणात्मक आवेशित करती है।

कम प्रतिक्रियाशील धातु विद्युतालोकीय विलयन में मौजूद धनात्मक आयनों को आकर्षित करेगी, और इस प्रकार ये धनात्मक आयन प्लेट पर जमा हो जाएंगे, जिससे प्लेट धनात्मक आवेशित हो जाएगी। इस सरल वोल्टिक सेल के मामले में, जिंक गंधकीय अम्ल विलयन में धनात्मक आयन के रूप में बाहर निकलता है और फिर विलयन के ऋणात्मक SO4 − − आयन के साथ प्रतिक्रिया करके जिंक सल्फेट (ZnSO4) बनाता है। तांबे की प्लेट को विद्युतालोकीय विलयन में डुबोने पर, विद्युतालोकीय विलयन के धनात्मक हाइड्रोजन आयन तांबे की प्लेट पर जमा होने की प्रवृत्ति रखते हैं। विलयन में अधिक जिंक आयन निकलने से जिंक प्लेट पर अधिक संख्या में इलेक्ट्रॉन छूट जाते हैं। ये इलेक्ट्रॉन फिर जिंक और तांबे की प्लेटों के बीच जोड़े गए बाहरी चालक के माध्यम से गुजरते हैं।

तांबे की प्लेट पर पहुंचने पर, ये इलेक्ट्रॉन तांबे की प्लेट पर जमा होने वाले हाइड्रोजन परमाणुओं के साथ मिलकर तटस्थ हाइड्रोजन परमाणु बनाते हैं। ये परमाणु जोड़े में मिलकर हाइड्रोजन गैस के अणु बनाते हैं और गैस अंततः तांबे की प्लेट के साथ बुलबुलों के रूप में ऊपर आ जाती है। वोल्टिक सेल के अंदर होने वाली रासायनिक क्रिया निम्नलिखित है,

हालांकि, जब Zn और विलुप्तित गंधकीय अम्ल के बीच का संपर्क संभावित 0.62 वोल्ट के मान पर पहुंचता है, तो यह क्रिया रुक जाती है। वोल्टिक सेल के संचालन के दौरान, जिंक प्लेट विलयन फिल्म के सापेक्ष निम्न संभावित पर होता है, जैसा कि नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है।

इसी तरह, जब तांबे की प्लेट को विद्युतालोकीय विलयन के संपर्क में रखा जाता है, तो विलयन में मौजूद धनात्मक हाइड्रोजन आयन तांबे की प्लेट पर जमा होने की प्रवृत्ति रखते हैं, जब तक इसका संभावित विलयन से लगभग 0.46 वोल्ट ऊपर नहीं उठ जाता। इसलिए, वोल्टिक सेल में विकसित होने वाला विद्युत संभावित अंतर 0.62 − (− 0.46) = 1.08 वोल्ट होता है।

एक सरल वोल्टिक सेल में मुख्य रूप से दो दोष होते हैं, जिन्हें द्विध्रुवीकरण और स्थानीय क्रिया के रूप में जाना जाता है।

वोल्टिक सेल का द्विध्रुवीकरण

यह देखा गया है कि इस सेल में, धारा धीरे-धीरे कम होती जाती है और इसके संचालन के एक निश्चित समय के बाद, धारा पूरी तरह से रुक जा सकती है। धारा में यह कमी तांबे की प्लेट पर हाइड्रोजन के जमाव के कारण होती है। हालांकि हाइड्रोजन सेल से बुलबुलों के रूप में बाहर निकलता है, फिर भी प्लेट की सतह पर हाइड्रोजन की एक पतली परत बनती है। यह परत विद्युत अवरोधक की तरह कार्य करती है, जिससे सेल का आंतरिक आवर्त बढ़ जाता है। इस अवरोधक परत के कारण, अधिक हाइड्रोजन आयन तांबे की प्लेट से इलेक्ट्रॉन नहीं ले सकते और आयन के रूप में जमा हो जाते हैं। तांबे की प्लेट पर इन धनात्मक हाइड्रोजन आयनों की परत अन्य हाइड्रोजन आयनों पर जो तांबे की प्लेट की ओर आ रहे हैं, उन पर एक धकेलाव डालती है। इसलिए धारा कम हो जाती है। इस घटना को द्विध्रुवीकरण कहा जाता है।

वोल्टिक सेल की स्थानीय क्रिया

यह पाया गया है कि भले ही वोल्टिक सेल कोई धारा नहीं दे रहा हो, जिंक लगातार विद्युतालोकीय विलयन में घुल रहा होता है। यह इसलिए होता है क्योंकि व्यावसायिक जिंक में लोहे और लेड जैसे अशुद्धियों के कुछ ट्रेस छोटे स्थानीय सेल बनाते हैं जो जिंक के मुख्य शरीर द्वारा शॉर्ट-सर्किट किए जाते हैं। इन परजीवी सेलों की क्रिया को नियंत्रित नहीं किया जा सकता, इसलिए जिंक का कुछ व्यर्थ हो जाता है। इस घटना को स्थानीय क्रिया कहा जाता है।

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