what is diffusion current in polarography 2024 great

what is diffusion current in polarography 2024 great.पोलरोग्राफी में डिफ्यूजन करंट वह विद्युत धारा है जो तब उत्पन्न होती है जब विद्युतधारा का प्रवाह अपचयित आयनों के एक इलेक्ट्रोड पर पहुँचने और प्रतिक्रिया करने की दर पर निर्भर करता है। यह करंट इलेक्ट्रोड की सतह पर आयनों की सान्द्रता और उनकी गति से संबंधित होता है।

पोलरोग्राफी में डिफ्यूजन करंट का उपयोग विश्लेषणात्मक रसायन विज्ञान में धातु आयनों की सान्द्रता को मापने और उनकी इलेक्ट्रोकेमिकल विशेषताओं का अध्ययन करने के लिए किया जाता है।

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उद्देश्य (Object):

पोलरोग्राफी (ध्रुवणलेखिकी) द्वारा Fe²⁺ और Co²⁺ आयनों का EMF निर्धारित करना।

आवश्यक सामग्री (Required materials):

1. पोलरोग्राफ इकाई (Polarograph unit)
2. इलेक्ट्रोड एसेम्बली (Electrode assembly)
3. 2.1 M KCl विलयन (Solution)
4. 0.1 M Fe₂(SO₄)₃ विलयन
5. 0.1 M CoCl₂ विलयन
6. 5.0% (W/V) Gelatin विलयन
7. H₂ या N₂ सिलेंडर (Cylinder)

सिद्धांत (Principle):

इस विश्लेषण विधि में एक बढ़ता हुआ ऋणात्मक विभव ड्राविंग मरकरी कैथोड (Dropping Mercury Electrode – DME) पर लागू होता है, जिससे एक विशेष प्रकार का करंट-विभव वक्र (Current-Voltage Curve) प्राप्त होता है। DME को विश्लेषक विलयन में डुबाया जाता है, जिसमें अपचयित होने वाले आयन (Reducible ions) होते हैं और एनोड के रूप में मरकरी पूल (Mercury pool) होता है। करंट-वोल्टेज वक्र को पोलरोग्राम (Polarogram) कहते हैं।

पोलरोग्राम द्वारा प्राप्त तरंग की ऊँचाई डिफ्यूजन करंट (Diffusion Current) कहलाती है और यह अभिक्रिया में भाग लेने वाले धातु लवण की सान्द्रता का फलन (Function) होती है। सीमित धारा (Limiting current) और रेसिड्यूअल करंट (Residual current) के बीच के अंतर के आधे (1/2 the difference) को अर्द्ध तरंग विभव (Half-wave potential) कहते हैं।

इलकोविक (Ilkovic) समीकरण के अनुसार:

 

$E = E_{1/2} + \frac{2.303 RT \log \left(\frac{i_d – i}{i}\right)}{n}$E=E1/2​+n2.303RTlog(iid​−i​)​

$E = E_{1/2} + \frac{0.0592 \log \left(\frac{i_d – i}{i}\right)}{n} \text{ 25°C पर}$E=E1/2​+n0.0592log(iid​−i​)​ 25°C पर

log

$\frac{i_d – i}{i}$iid​−i​ vs

$E$E के बीच ग्राफ प्लॉट करने पर सीधी रेखा (Straight line) प्राप्त होती है, जिसकी ढलान (Slope) =

$\frac{0.0592}{n}$n0.0592​ और अंत:खण्ड (Intercept) =

$E_{1/2}$E1/2​ है।

विधि (Method):

1. पोलरोग्राफ एसेम्बली को सेट करें:
   • इलेक्ट्रोडों को स्टेंडरडाइज (Standardize) करें, जैसा कि उपकरण-मैन्युल (Instrument manual) में निर्देशित किया गया है।
2. सेल में 0.1 M KCl विलयन लें:
   • केशिका को उसमें रखें। मरकरी रिजरवॉयर (Reservoir) की ऊँचाई को इस प्रकार समायोजित (adjust) करें कि हर 3-6 सेकंड में मरकरी की बूँद बन जाए।
   • डिएरेशन (Deaeration) से पहले और बाद में पोलरोग्राम प्लॉट करें।
3. धातु लवणों के स्टॉक विलयनों को 2.5 × 10⁻² M सान्द्रता तक तनु (Dilute) करें।
4. सेम्पल विलयन बनाना:
   • इस तनु धातु विलयनों का 10 ml, 100 ml मानक फ्लास्क में लें।
   • इसमें 10 ml 1.0 M KCl विलयन व 10 ml जिलेटिन विलयन डालें और आसुत जल 100 ml तक मेक-अप करें।
   • इस विलयन का एक भाग पोलरोग्राफी सेल में डालें और डिएरिएट (Deaerate) या घुलित ऑक्सीजन निष्कासित करें। रीडिंग नोट करें व पोलरोग्राम प्लाट करें।
5. विभिन्न सान्द्रता के विलयन बनाना:
   • विलयन को तनु करके विभिन्न सान्द्रता के विलयन बनाएँ जैसे 1 × 10⁻⁴ M, 1 × 10⁻³ M, 2 × 10⁻³ M, 3 × 10⁻³ M, 4 × 10⁻³ M आदि।
   • सभी एक प्रकार के धातु विलयनों के पोलरोग्राम प्लॉट करें।

नोट: घुलित ऑक्सीजन को निष्कासित करने के लिए धातु आयन के विलयन को N₂ गैस से बबल कराया जाता है।

अवलोकन तालिका (Observation Table):

क्र.	धातु आयन विलयन की सान्द्रता	गैल्वेनोमीटर रीडिंग (i_d) (डिफ्यूज़न करंट)
1	1 × 10⁻³ M
2	2 × 10⁻³ M
3	3 × 10⁻³ M
4	4 × 10⁻³ M
5	5 × 10⁻³ M

गणना (Calculation):

1. प्रत्येक सान्द्रता के लिए धातु विलयन के पोलरोग्राम द्वारा डिफ्यूज़न करंट ज्ञात कीजिए और सान्द्रता के विरुद्ध (Against) प्लॉट कीजिए। इससे एक सीधी रेखा (Straight line) प्राप्त होगी जो मूल बिन्दु (Origin) से गुजरेगी।

प्रत्येक सान्द्रता के लिए डिफ्यूजन करंट ज्ञात करना:

नीचे दी गई अवलोकन तालिका का उपयोग करके प्रत्येक सान्द्रता के लिए डिफ्यूजन करंट (

$i_d$id​) ज्ञात करें।

अवलोकन तालिका (Observation Table):

क्र.	धातु आयन विलयन की सान्द्रता ( $M$M)	गैल्वेनोमीटर रीडिंग ( $i_d$id​) (डिफ्यूज़न करंट)
1	1 × 10⁻³
2	2 × 10⁻³
3	3 × 10⁻³
4	4 × 10⁻³
5	5 × 10⁻³

उदाहरण के लिए मान लेते हैं कि गैल्वेनोमीटर रीडिंग इस प्रकार हैं:

क्र.	धातु आयन विलयन की सान्द्रता ( $M$M)	गैल्वेनोमीटर रीडिंग ( $i_d$id​) (डिफ्यूज़न करंट)
1	1 × 10⁻³	0.5
2	2 × 10⁻³	1.0
3	3 × 10⁻³	1.5
4	4 × 10⁻³	2.0
5	5 × 10⁻³	2.5

पोलरोग्राम प्लॉट करना:

अब हम सान्द्रता के विरुद्ध डिफ्यूजन करंट (

$i_d$id​) का ग्राफ बनाएंगे।

ग्राफ:

 

$$\begin{array}{cc} \text{सान्द्रता (M)} & \text{डिफ्यूजन करंट} \\ 1 \times 10^{-3} & 0.5 \\ 2 \times 10^{-3} & 1.0 \\ 3 \times 10^{-3} & 1.5 \\ 4 \times 10^{-3} & 2.0 \\ 5 \times 10^{-3} & 2.5 \\ \end{array}$$सान्द्रता (M)1×10−32×10−33×10−34×10−35×10−3​डिफ्यूजन करंट0.51.01.52.02.5​सान्द्रता (

$x$x-अक्ष) और डिफ्यूजन करंट (

$y$y-अक्ष) का ग्राफ प्लॉट करने पर हमें एक सीधी रेखा प्राप्त होती है, जो मूल बिन्दु (Origin) से गुजरती है।

ग्राफ का विश्लेषण:

ग्राफ से हम देख सकते हैं कि सान्द्रता और डिफ्यूजन करंट के बीच एक सीधा संबंध है।

इलकोविक समीकरण का उपयोग:

 

$E = E_{1/2} + \frac{0.0592 \log \left(\frac{i_d – i}{i}\right)}{n}$E=E1/2​+n0.0592log(iid​−i​)​

इस समीकरण का उपयोग करके हम विभव (

$E$E) का निर्धारण कर सकते हैं।

उदाहरण:

माना

$i_d = 2.5$,

$i = 0.5$,

$n = 1$, और

$E_{1/2} = 0.2 V$ 

 

$E = 0.2 + \frac{0.0592 \log \left(\frac{2.5 – 0.5}{0.5}\right)}{1}$ 

E=0.2+10.0592log(0.52.5−0.5​)​

 

$E = 0.2 + 0.0592 \log (4)$ 

 

$E = 0.2 + 0.0592 \times 0.6021$ 

 

$E=0.2+0.0356$ 

 

$E = 0.2 + 0.0356$ 

$E = 0.2356 V$ 

इस प्रकार, हम विभव का निर्धारण कर सकते हैं।

निष्कर्ष (Conclusion):

इस प्रयोग द्वारा हमने पोलरोग्राफी विधि का उपयोग करके Fe²⁺ और Co²⁺ आयनों का EMF सफलतापूर्वक निर्धारित किया। डिफ्यूजन करंट और सान्द्रता के बीच सीधा संबंध प्राप्त हुआ और इलकोविक समीकरण का उपयोग करके विभव का सटीक मूल्य निकाला।

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