Frost diagram
फ्रॉस्ट आरेख या फ्रॉस्ट-एबस्वर्थ आरेख एक प्रकार का ग्राफ है जिसका उपयोग विद्युत रसायन विज्ञान में अकार्बनिक रसायनज्ञों द्वारा किसी विशेष पदार्थ की कई अलग-अलग ऑक्सीकरण स्थितियों की सापेक्ष स्थिरता को स्पष्ट करने के लिए किया जाता है। ग्राफ एक रासायनिक प्रजाति की मुक्त ऊर्जा बनाम ऑक्सीकरण स्थिति को दर्शाता है। यह प्रभाव पीएच पर निर्भर करता है, इसलिए इस पैरामीटर को भी शामिल किया जाना चाहिए। मुक्त ऊर्जा का निर्धारण ऑक्सीकरण-कमी अर्ध-प्रतिक्रियाओं द्वारा किया जाता है। फ्रॉस्ट आरेख पहले से डिज़ाइन किए गए लैटिमर आरेख की तुलना में इन कमी क्षमताओं को आसानी से समझने की अनुमति देता है, क्योंकि "क्षमताओं की योगात्मकता की कमी" भ्रमित करने वाली थी। मुक्त ऊर्जा ΔG° सूत्र द्वारा ग्राफ में दिखाए गए अपचयन क्षमता E से संबंधित हैः या, जहाँ n स्थानांतरित इलेक्ट्रॉनों की संख्या है, और F फैराडे स्थिरांक है)। फ्रॉस्ट आरेख का नाम उनके नाम पर रखा गया है, जिन्होंने मूल रूप से 1951 के एक पेपर में "मुक्त ऊर्जा और ऑक्सीकरण क्षमता डेटा दोनों को आसानी से दिखाने" के तरीके के रूप में इसका आविष्कार किया था। pH निर्भरता pH निर्भरता कारक-0.059m/n प्रति pH इकाई द्वारा दी जाती है, जहाँ m समीकरण में प्रोटॉनों की संख्या से संबंधित है, और n आदान-प्रदान किए गए इलेक्ट्रॉनों की संख्या है। इलेक्ट्रानों का आदान-प्रदान हमेशा इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री में होता है, लेकिन जरूरी नहीं कि प्रोटान हों। यदि प्रतिक्रिया संतुलन में कोई प्रोटॉन विनिमय नहीं है, तो प्रतिक्रिया को पी. एच.-स्वतंत्र कहा जाता है। इसका मतलब है कि एक रेडॉक्स अर्ध-प्रतिक्रिया में प्रस्तुत विद्युत रासायनिक क्षमता के लिए मान, जिसके द्वारा विचाराधीन तत्व ऑक्सीकरण स्थितियों को बदलते हैं, वही हैं जो भी पीएच स्थितियां हैं जिनके तहत प्रक्रिया की जाती है। फ्रॉस्ट आरेख अम्लीय आ बुनियादी समाधानक मानक क्षमता (ढलान) के रुझानक तुलना करबाक लेल एकटा उपयोगी उपकरण सेहो अछि। शुद्ध, तटस्थ तत्व विभिन्न यौगिकों में संक्रमण करता है जो इस बात पर निर्भर करता है कि प्रजाति अम्लीय और मूल पीएच में है या नहीं। यद्यपि ऑक्सीकरण अवस्थाओं का मूल्य और मात्रा अपरिवर्तित रहती है, मुक्त ऊर्जाएँ बहुत भिन्न हो सकती हैं। फ्रॉस्ट आरेख आसान आ सुविधाजनक तुलना लेल अम्लीय आ मूल ग्राफक अधिरोपणक अनुमति दैत छैक। इकाई और पैमाना मानक मुक्त-ऊर्जा पैमाने को इलेक्ट्रॉन-वोल्ट में मापा जाता है, और एन. ई. ° = 0 मान आमतौर पर शुद्ध, तटस्थ तत्व होता है। फ्रॉस्ट आरेख आम तौर पर nE° = 0 के ऊपर और नीचे मुक्त-ऊर्जा मान दिखाता है और पूर्णांकों में मापा जाता है। ग्राफ का y अक्ष मुक्त ऊर्जा को प्रदर्शित करता है। ग्राफ पर बढ़ती स्थिरता (कम मुक्त ऊर्जा) कम होती है, इसलिए ग्राफ पर जितनी अधिक मुक्त ऊर्जा और एक तत्व जितना अधिक होगा, यह उतना ही अधिक अस्थिर और प्रतिक्रियाशील होगा। तत्व की ऑक्सीकरण स्थिति फ्रॉस्ट आरेख के x अक्ष पर दिखाई गई है। ऑक्सीकरण अवस्थाएँ एकात्मक नहीं होती हैं और इन्हें धनात्मक और ऋणात्मक पूर्णांकों में भी मापा जाता है। अक्सर, फ्रॉस्ट आरेख ऑक्सीकरण संख्या को बढ़ते क्रम में प्रदर्शित करता है, लेकिन कुछ मामलों में इसे घटते क्रम में प्रदर्शित किया जाता है। शून्य (एन. ई. ° = 0) की मुक्त ऊर्जा वाले तटस्थ, शुद्ध तत्व की ऑक्सीकरण अवस्था भी शून्य के बराबर होती है। हालांकि, कुछ एलोट्रोप की ऊर्जा शून्य नहीं हो सकती है। इसलिए रेखा का ढलान दो ऑक्सीकरण अवस्थाओं के बीच मानक क्षमता का प्रतिनिधित्व करता है। दूसरे शब्दों में, रेखा की दृढ़ता उन दो अभिकारकों की प्रतिक्रिया करने और सबसे कम ऊर्जा उत्पाद बनाने की प्रवृत्ति को दर्शाती है। सकारात्मक या नकारात्मक ढलान होने की संभावना है। दो प्रजातियों के बीच एक सकारात्मक ढलान एक ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया की प्रवृत्ति को इंगित करता है, जबकि दो प्रजातियों के बीच एक नकारात्मक ढलान कमी की प्रवृत्ति को इंगित करता है। उदाहरण के लिए, यदि [HMnO4]-में मैंगनीज की ऑक्सीकरण स्थिति + 6 और nE° = 4 है, और MnO2 में ऑक्सीकरण स्थिति + 4 और nE° = 0 है, तो ढलान αy/αx 4/2 = 2 है, जिससे + 2 की मानक क्षमता प्राप्त होती है। किसी भी शब्द की स्थिरता इसी तरह इस ग्राफ से पाई जा सकती है। फ्रॉस्ट आरेख पर किसी भी दो बिंदुओं के बीच की रेखा का ढाल प्रतिक्रिया के लिए क्षमता देता है। एक प्रजाति जो दोनों तरफ दो बिंदुओं के ढाल से ऊपर एक चोटी पर स्थित होती है, अनुपात के संबंध में अस्थिर प्रजाति को दर्शाती है, और एक बिंदु जो अपने दो आसन्न बिंदुओं को जोड़ने वाली रेखा के ढाल से नीचे आता है, एक ऊष्मागतिकीय सिंक में स्थित होता है, और आंतरिक रूप से स्थिर होता है। अक्ष फ्रॉस्ट आरेख के अक्ष (क्षैतिज रूप से) विचाराधीन प्रजातियों की ऑक्सीकरण स्थिति और (ऊर्ध्वाधर रूप से) इलेक्ट्रॉन विनिमय संख्या को वोल्टेज (एन. ई.) या फैराडे स्थिरांक की प्रति इकाई गिब्स मुक्त ऊर्जा से गुणा करके (क्षैतिज रूप से) दर्शाते हैं। विद्युत रासायनिक प्रतिक्रियाओं के संबंध में, दो मुख्य प्रकार की प्रतिक्रियाओं को फ्रॉस्ट आरेख का उपयोग करके देखा जा सकता है। आनुपातिकता तब होती है जब एक तत्व के दो समकक्ष, ऑक्सीकरण संख्या में भिन्न होते हैं, एक मध्यवर्ती ऑक्सीकरण संख्या के साथ एक उत्पाद बनाने के लिए गठबंधन करते हैं। असंतुलन एक विपरीत प्रतिक्रिया है, जिसमें एक तत्व के दो समकक्ष, ऑक्सीकरण संख्या में समान, अलग-अलग ऑक्सीकरण संख्या के दो उत्पाद बनाने के लिए प्रतिक्रिया करते हैं। अनुपातः 2 मिलियन + → एम. एम. + + एम. पी. +। अनुपातः एम. एम. + + एम. पी. + → 2 एम. एन. +। दोनों उदाहरणों में 2 n = m + p। एक फ्रॉस्ट आरेख का उपयोग करके, कोई यह अनुमान लगा सकता है कि क्या एक ऑक्सीकरण संख्या अनुपात से गुजरेगी या दो ऑक्सीकरण संख्या अनुपात से गुजरेगी। आरेख पर तीन ऑक्सीकरण संख्याओं के एक समूह के बीच दो ढलानों को देखते हुए, यह मानते हुए कि दो मानक विभव (ढलान) बराबर नहीं हैं, मध्य ऑक्सीकरण या तो "पहाड़ी" या "घाटी" के रूप में होगा। एक पहाड़ी तब बनती है जब बाईं ढलान दाईं ओर से खड़ी होती है, और एक घाटी तब बनती है जब दाईं ढलान बाईं ओर से खड़ी होती है। एक ऑक्सीकरण संख्या जो "पहाड़ी के शीर्ष" पर है, निकटवर्ती ऑक्सीकरण अवस्थाओं में अनुपातहीनता का समर्थन करती है। हालाँकि, निकटवर्ती ऑक्सीकरण अवस्थाएँ अनुपात का समर्थन करेंगी यदि मध्य ऑक्सीकरण अवस्था "घाटी के निचले भाग" में है। आलोचना/विसंगतियाँ आर्थर फ्रॉस्ट ने अपने स्वयं के मूल प्रकाशन में कहा कि उनके फ्रॉस्ट आरेख के लिए संभावित आलोचना हो सकती है। उन्होंने भविष्यवाणी की है कि "ढलानों को उतनी आसानी से या सटीक रूप से पहचाना नहीं जा सकता है क्योंकि वे [लैटिमर आरेख के] ऑक्सीकरण क्षमता के प्रत्यक्ष संख्यात्मक मान हैं।" कई अकार्बनिक रसायनज्ञ लैटिमर और फ्रॉस्ट आरेख दोनों का उपयोग करते हैं, मात्रात्मक डेटा के लिए लैटिमर का उपयोग करते हैं, और फिर उन डेटा को दृश्य के लिए फ्रॉस्ट आरेख में परिवर्तित करते हैं। फ्रॉस्ट ने सुझाव दिया कि पूरक जानकारी प्रदान करने के लिए ढलानों के बगल में मानक क्षमताओं के संख्यात्मक मूल्यों को जोड़ा जा सकता है। जर्नल ऑफ केमिकल एजुकेशन में प्रकाशित एक पेपर में, मार्टिनेज डी इलार्डुया और विलाफेन (1994) ने फ्रॉस्ट आरेखों के उपयोगकर्ताओं को आरेखों के निर्माण के लिए उपयोग की जाने वाली मुक्त ऊर्जा की परिभाषा के बारे में जागरूक होने की चेतावनी दी। अम्ल-विलयन आलेखों में, मानक एन. ई. ° = − δG/F का सार्वभौमिक रूप से उपयोग किया जाता है; इसलिए सभी स्रोतों के अम्ल-विलयन हिम आरेख समान होंगे। हालाँकि, विभिन्न पाठ्यपुस्तकें ऊर्जा के संबंध में एक तत्व के फ्रॉस्ट आरेख में विसंगतियाँ दिखाती हैं। कुछ पाठ्यपुस्तकों में क्षरण क्षमता, E° (2 + 2/H2) का उपयोग किया जाता है, जिसे एक मूल-समाधान के लिए एसिड-समाधान में परिभाषित किया गया है। फिलिप्स और विलियम्स अकार्बनिक रसायन विज्ञान की पाठ्यपुस्तक में, हालांकि, निम्नलिखित सूत्र द्वारा दिए गए बुनियादी समाधानों के लिए एक और कमी क्षमता का उपयोग किया जाता हैः E° (OH) = E° b−E° (2 H2O + 2/H2 + 2 OH−) = E° b + 0.828 V. कमी क्षमता प्रस्तुत करने का यह दूसरा तरीका कुछ पाठ्यपुस्तकों में उपयोग किया जाता है और दूसरों में नहीं, लेकिन हमेशा ग्राफ पर स्पष्ट रूप से इंगित नहीं किया जाता है, जिससे पाठक के लिए भ्रम पैदा होता है। इसलिए, फ्रॉस्ट आरेख के उपयोगकर्ताओं को समस्या के बारे में पता होना चाहिए, और हमेशा स्पष्ट रूप से सूचित किया जाना चाहिए कि उनके आरेख किस मुक्त-ऊर्जा पैमाने पर आधारित हैं। पौरबैक्स आरेख एलिंगहैम आरेख संदर्भ बाहरी लिंक आरेख उपयोगी ऑक्सीकरण-कटौती सूचना विद्युत रसायन प्रदान करते हैं