Frost diagram
ஃப்ரோஸ்ட் வரைபடம் அல்லது ஃப்ரோஸ்ட்-எப்ஸ்வொர்த் வரைபடம் என்பது ஒரு குறிப்பிட்ட பொருளின் பல்வேறு ஆக்சிஜனேற்ற நிலைகளின் ஒப்பீட்டு நிலைத்தன்மையை விளக்குவதற்கு மின் வேதியியலில் கனிம வேதியியலாளர்களால் பயன்படுத்தப்படும் ஒரு வகை வரைபடமாகும். ஒரு இரசாயன இனத்தின் இலவச ஆற்றல் மற்றும் ஆக்சிஜனேற்ற நிலையை வரைபடம் விளக்குகிறது. இந்த விளைவு pH ஐப் பொறுத்தது, எனவே இந்த அளவுருவும் சேர்க்கப்பட வேண்டும். ஆக்சிஜனேற்றம்-குறைப்பு அரை எதிர்வினைகள் மூலம் இலவச ஆற்றல் தீர்மானிக்கப்படுகிறது. ஃப்ரோஸ்ட் வரைபடம் முன்பு வடிவமைக்கப்பட்ட லாட்டிமர் வரைபடத்தை விட இந்த குறைப்பு ஆற்றல்களை எளிதில் புரிந்துகொள்ள அனுமதிக்கிறது, ஏனெனில் "ஆற்றல்களின் சேர்க்கை இல்லாதது" குழப்பமாக இருந்தது. இலவச ஆற்றல் ΔG ° என்பது வரைபடத்தில் காட்டப்பட்டுள்ள குறைப்பு ஆற்றல் E உடன் தொடர்புடையதுஃ அல்லது, இங்கு n என்பது மாற்றப்பட்ட எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை, மற்றும் F என்பது ஃபாரடே மாறிலி). ஃப்ரோஸ்ட் வரைபடம் பெயரிடப்பட்டது, அவர் முதலில் 1951 ஆம் ஆண்டு ஒரு காகிதத்தில் "இலவச ஆற்றல் மற்றும் ஆக்சிஜனேற்ற ஆற்றல் தரவு இரண்டையும் வசதியாக காண்பிப்பதற்கான" ஒரு வழியாக இதைக் கண்டுபிடித்தார். pH சார்பு pH சார்பு என்பது ஒரு pH அலகுக்கு − 0.059m/n என்ற காரணியால் வழங்கப்படுகிறது, இதில் m என்பது சமன்பாட்டில் உள்ள புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கையுடனும், n என்பது பரிமாற்றப்பட்ட எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கையுடனும் தொடர்புடையது. எலக்ட்ரான்கள் எப்போதும் மின் வேதியியலில் பரிமாறப்படுகின்றன, ஆனால் புரோட்டான்கள் அவசியமில்லை. எதிர்வினை சமநிலையில் புரோட்டான் பரிமாற்றம் இல்லை என்றால், எதிர்வினை pH-சுயாதீனமாக கூறப்படுகிறது. இதன் பொருள் என்னவென்றால், ஒரு ரெடாக்ஸ் அரை எதிர்வினையில் வழங்கப்பட்ட மின் வேதியியல் ஆற்றலுக்கான மதிப்புகள், இதன் மூலம் கேள்விக்குரிய உறுப்புகள் ஆக்சிஜனேற்ற நிலைகளை மாற்றுகின்றன, இது செயல்முறை மேற்கொள்ளப்படும் pH நிலைமைகள் எதுவாக இருந்தாலும் ஒரே மாதிரியாக இருக்கும். ஃப்ரோஸ்ட் வரைபடம் அமில மற்றும் அடிப்படை கரைசல்களின் நிலையான ஆற்றல்களின் (சாய்வு) போக்குகளை ஒப்பிடுவதற்கான ஒரு பயனுள்ள கருவியாகும். இனங்கள் அமில மற்றும் அடிப்படை pH களில் உள்ளதா என்பதைப் பொறுத்து தூய, நடுநிலை உறுப்பு வெவ்வேறு சேர்மங்களுக்கு மாறுகிறது. ஆக்சிஜனேற்ற நிலைகளின் மதிப்பு மற்றும் அளவு மாறாமல் இருந்தாலும், இலவச ஆற்றல்கள் பெரிதும் மாறுபடும். ஃப்ரோஸ்ட் வரைபடம் எளிதான மற்றும் வசதியான ஒப்பீட்டிற்கு அமில மற்றும் அடிப்படை வரைபடங்களை மிகைப்படுத்த அனுமதிக்கிறது. அலகு மற்றும் அளவு நிலையான சுதந்திர-ஆற்றல் அளவு எலக்ட்ரான்-மின்னழுத்தங்களில் அளவிடப்படுகிறது, மேலும் nE ° = 0 மதிப்பு பொதுவாக தூய, நடுநிலை உறுப்பு ஆகும். ஃப்ரோஸ்ட் வரைபடம் பொதுவாக nE ° = 0 க்கு மேலேயும் கீழேயும் சுதந்திர-ஆற்றல் மதிப்புகளைக் காட்டுகிறது மற்றும் முழு எண்களில் அளவிடப்படுகிறது. வரைபடத்தின் y அச்சு இலவச ஆற்றலைக் காட்டுகிறது. அதிகரிக்கும் நிலைத்தன்மை (குறைந்த இலவச ஆற்றல்) வரைபடத்தில் குறைவாக உள்ளது, எனவே அதிக இலவச ஆற்றல் மற்றும் வரைபடத்தில் ஒரு உறுப்பு அதிகமாக இருந்தால், அது மிகவும் நிலையற்றதாகவும் எதிர்வினையாற்றுவதாகவும் இருக்கும். தனிமத்தின் ஆக்சிஜனேற்ற நிலை உறைபனி வரைபடத்தின் x அச்சில் காட்டப்பட்டுள்ளது. ஆக்சிஜனேற்ற நிலைகள் அலகு இல்லாதவை மற்றும் நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறை முழு எண்களிலும் அளவிடப்படுகின்றன. பெரும்பாலும், ஃப்ரோஸ்ட் வரைபடம் ஆக்சிஜனேற்ற எண்ணை அதிகரிக்கும் வரிசையில் காட்டுகிறது, ஆனால் சில சந்தர்ப்பங்களில் இது குறைந்து வரும் வரிசையில் காட்டப்படுகிறது. பூஜ்ஜியத்தின் (nE ° = 0) இலவச ஆற்றல் கொண்ட நடுநிலை, தூய உறுப்பு பூஜ்ஜியத்திற்கு சமமான ஆக்சிஜனேற்ற நிலையைக் கொண்டுள்ளது. இருப்பினும், சில அலோட்ரோப்புகளின் ஆற்றல் பூஜ்ஜியமாக இருக்காது. எனவே கோட்டின் சாய்வு இரண்டு ஆக்சிஜனேற்ற நிலைகளுக்கு இடையிலான நிலையான ஆற்றலைக் குறிக்கிறது. வேறு வார்த்தைகளில் கூறுவதானால், கோட்டின் செங்குத்தான தன்மை அந்த இரண்டு எதிர்வினைகளும் வினைபுரிந்து மிகக் குறைந்த ஆற்றல் உற்பத்தியை உருவாக்கும் போக்கைக் காட்டுகிறது. நேர்மறை அல்லது எதிர்மறை சாய்வு இருக்க வாய்ப்பு உள்ளது. இரண்டு இனங்களுக்கு இடையிலான ஒரு நேர்மறை சாய்வு ஒரு ஆக்சிஜனேற்ற எதிர்வினைக்கு ஒரு போக்கைக் குறிக்கிறது, அதே நேரத்தில் இரண்டு இனங்களுக்கு இடையிலான எதிர்மறை சாய்வு குறைப்புக்கான போக்கைக் குறிக்கிறது. எடுத்துக்காட்டாக, [HMnO4]-இல் உள்ள மாங்கனீசு + 6 மற்றும் nE° = 4 என்ற ஆக்சிஜனேற்ற நிலையையும், MnO2 இல் + 4 மற்றும் nE° = 0 என்ற ஆக்சிஜனேற்ற நிலையையும் கொண்டிருந்தால், சாய்வு α/αx = 4/2 = 2 ஆகும், இது + 2 என்ற நிலையான ஆற்றலை அளிக்கிறது. எந்தவொரு சொற்களின் ஸ்திரத்தன்மையையும் இதேபோல் இந்த வரைபடத்தால் காணலாம். சாய்வு ஃப்ரோஸ்ட் வரைபடத்தில் ஏதேனும் இரண்டு புள்ளிகளுக்கு இடையிலான கோட்டின் சாய்வு எதிர்வினைக்கு ஆற்றலை வழங்குகிறது. இருபுறமும் உள்ள இரண்டு புள்ளிகளின் சாய்வுக்கு மேலே ஒரு சிகரத்தில் அமைந்துள்ள ஒரு இனம், விகிதாச்சாரத்தைப் பொறுத்தவரை நிலையற்ற ஒரு இனத்தைக் குறிக்கிறது, மேலும் அதன் இரண்டு அருகிலுள்ள புள்ளிகளைச் சேர்க்கும் கோட்டின் சாய்வுக்குக் கீழே விழும் ஒரு புள்ளி ஒரு வெப்ப இயக்கவியல் மூழ்கியில் உள்ளது, மேலும் அது உள்ளார்ந்த நிலையானது. அச்சுகள் ஃப்ரோஸ்ட் வரைபடத்தின் அச்சுகள் (கிடைமட்டமாக) கேள்விக்குரிய உயிரினங்களின் ஆக்சிஜனேற்ற நிலையைக் காட்டுகின்றன, மேலும் (செங்குத்தாக) ஃபாரடே மாறிலியின் ஒரு யூனிட்டுக்கு மின்னழுத்தம் (என். இ.) அல்லது கிப்ஸ் இலவச ஆற்றலால் பெருக்கப்படும் எலக்ட்ரான் பரிமாற்ற எண்ணை காட்டுகின்றன. விகிதாச்சாரம் மற்றும் விகிதாச்சாரம் மின் வேதியியல் எதிர்வினைகளைப் பொறுத்தவரை, ஃப்ரோஸ்ட் வரைபடத்தைப் பயன்படுத்தி இரண்டு முக்கிய வகையான எதிர்வினைகளைக் காணலாம். விகிதாச்சாரம் என்பது ஒரு தனிமத்தின் இரண்டு சமமானவை, ஆக்சிஜனேற்ற எண்ணில் வேறுபடுகின்றன, ஒரு இடைநிலை ஆக்சிஜனேற்ற எண்ணுடன் ஒரு தயாரிப்பை உருவாக்குகின்றன. விகிதாச்சாரம் என்பது எதிர் எதிர்வினை, இதில் ஒரு தனிமத்தின் இரண்டு சமமானவை, ஆக்சிஜனேற்ற எண்ணில் ஒத்தவை, வெவ்வேறு ஆக்சிஜனேற்ற எண்களின் இரண்டு தயாரிப்புகளை உருவாக்குகின்றன. விகிதாச்சாரம்ஃ 2 Mn + → Mm + + Mp +. விகிதாச்சாரம்ஃ எம்எம் + + எம்பி + → 2 எம்என் +. இரண்டு எடுத்துக்காட்டுகளிலும் 2 n = m + p. ஒரு ஃப்ரோஸ்ட் வரைபடத்தைப் பயன்படுத்தி, ஒரு ஆக்சிஜனேற்ற எண் விகிதாசாரத்திற்கு உட்படுமா அல்லது இரண்டு ஆக்சிஜனேற்ற எண்கள் விகிதாசாரத்திற்கு உட்படுமா என்பதை ஒருவர் கணிக்க முடியும். வரைபடத்தில் உள்ள மூன்று ஆக்சிஜனேற்ற எண்களின் தொகுப்புக்கு இடையில் இரண்டு சரிவுகளைப் பார்க்கும்போது, இரண்டு நிலையான ஆற்றல்கள் (சரிவுகள்) சமமாக இல்லை என்று கருதினால், நடுத்தர ஆக்சிஜனேற்றம் ஒரு "மலை" அல்லது "பள்ளத்தாக்கு" வடிவத்தில் இருக்கும். இடது சாய்வு வலதுபுறத்தை விட செங்குத்தாக இருக்கும்போது ஒரு மலை உருவாகிறது, வலது சாய்வு இடதுபுறத்தை விட செங்குத்தாக இருக்கும்போது ஒரு பள்ளத்தாக்கு உருவாகிறது. "மலையின் உச்சியில்" இருக்கும் ஒரு ஆக்சிஜனேற்ற எண் அருகிலுள்ள ஆக்சிஜனேற்ற நிலைகளுக்கு விகிதாசாரத்தை ஆதரிக்கிறது. இருப்பினும், நடுத்தர ஆக்சிஜனேற்ற நிலை "ஒரு பள்ளத்தாக்கின் அடிப்பகுதியில்" இருந்தால், அருகிலுள்ள ஆக்சிஜனேற்ற நிலைகள் விகிதாச்சாரத்திற்கு சாதகமாக இருக்கும். விமர்சனங்கள்/முரண்பாடுகள் ஆர்தர் ஃப்ரோஸ்ட் தனது சொந்த அசல் வெளியீட்டில் தனது ஃப்ரோஸ்ட் வரைபடத்திற்கு சாத்தியமான விமர்சனங்கள் இருக்கலாம் என்று கூறினார். "சரிவுகள் [லாட்டிமர் வரைபடத்தின்] ஆக்சிஜனேற்ற ஆற்றல்களின் நேரடி எண் மதிப்புகள் என்பதால் அவை எளிதில் அல்லது துல்லியமாக அடையாளம் காணப்படாமல் போகலாம்" என்று அவர் கணித்துள்ளார். பல கனிம வேதியியலாளர்கள் லாட்டிமர் மற்றும் ஃப்ரோஸ்ட் வரைபடங்கள் இரண்டையும் ஒன்றாகப் பயன்படுத்துகின்றனர், அளவு தரவுகளுக்கு லாட்டிமரைப் பயன்படுத்துகின்றனர், பின்னர் அந்த தரவை காட்சிப்படுத்தலுக்காக ஃப்ரோஸ்ட் வரைபடமாக மாற்றுகின்றனர். கூடுதல் தகவல்களை வழங்குவதற்காக சரிவுகளுக்கு அடுத்தபடியாக நிலையான ஆற்றல்களின் எண் மதிப்புகளைச் சேர்க்கலாம் என்று ஃப்ரோஸ்ட் பரிந்துரைத்தார். வேதியியல் கல்வி இதழில் வெளியிடப்பட்ட ஒரு கட்டுரையில், மார்டினெஸ் டி இலார்டுயா மற்றும் வில்லாஃபேன் (1994) ஃப்ரோஸ்ட் வரைபடங்களைப் பயன்படுத்துபவர்களை வரைபடங்களை உருவாக்கப் பயன்படுத்தப்படும் இலவச ஆற்றலின் வரையறையைப் பற்றி விழிப்புடன் இருக்க வேண்டும் என்று எச்சரிக்கிறார்கள். அமில-கரைசல் வரைபடங்களில், நிலையான nE ° = − ΔG/F உலகளவில் பயன்படுத்தப்படுகிறது; எனவே அனைத்து மூலங்களின் அமில-கரைசல் உறைபனி வரைபடங்களும் ஒரே மாதிரியாக இருக்கும். இருப்பினும், பல்வேறு பாடப்புத்தகங்கள் ஒரு தனிமத்தின் ஃப்ரோஸ்ட் வரைபடத்தில், ஆற்றலைப் பொறுத்தவரை முரண்பாடுகளைக் காட்டுகின்றன. சில பாடப்புத்தகங்கள் குறைப்பு ஆற்றல், E° (2 + 2/H2) ஐப் பயன்படுத்துகின்றன, இது ஒரு அடிப்படை தீர்வுக்கான அமில-கரைசலில் வரையறுக்கப்பட்டுள்ளது. எவ்வாறாயினும், பிலிப்ஸ் மற்றும் வில்லியம்ஸ் கனிம வேதியியல் பாடப்புத்தகத்தில், பின்வரும் சூத்திரத்தால் கொடுக்கப்பட்ட அடிப்படை தீர்வுகளுக்கு மற்றொரு குறைப்பு திறன் பயன்படுத்தப்படுகிறதுஃ E° (OH) = E°b−E° (2 H2O + 2/H2 + 2 OH−) = E°b + 0.828 V. குறைப்பு திறன்களை வழங்குவதற்கான இந்த மற்றொரு வழி சில பாடப்புத்தகங்களில் பயன்படுத்தப்படுகிறது, மற்றவற்றில் அல்ல, ஆனால் எப்போதும் வரைபடத்தில் வெளிப்படையாக சுட்டிக்காட்டப்படுவதில்லை, இது வாசகருக்கு குழப்பத்தை உருவாக்குகிறது. எனவே, ஃப்ரோஸ்ட் வரைபடத்தைப் பயன்படுத்துபவர்கள் சிக்கலைப் பற்றி அறிந்திருக்க வேண்டும், மேலும் அவர்களின் வரைபடங்கள் எந்த ஃப்ரீ-எனர்ஜி அளவை அடிப்படையாகக் கொண்டவை என்பதை எப்போதும் தெளிவாகத் தெரிவிக்க வேண்டும். மேலும் பார்க்கவும் போர்பைக்ஸ் வரைபடம் எல்லிங்ஹாம் வரைபடம் குறிப்புகள் வெளிப்புற இணைப்புகள் பயனுள்ள ஆக்சிஜனேற்றம்-குறைப்பு தகவல் மின் வேதியியலை வழங்கும் வரைபடங்கள்