Frost diagram
فراسٹ ڈائیگرام یا فراسٹ-ایبسورتھ ڈائیگرام ایک قسم کا گراف ہے جو الیکٹرو کیمسٹری میں غیر نامیاتی کیمسٹ استعمال کرتے ہیں تاکہ کسی خاص مادے کی متعدد مختلف آکسیکرن حالتوں کے نسبتا استحکام کی وضاحت کی جا سکے۔ گراف کسی کیمیائی نوع کی آزاد توانائی بمقابلہ آکسیکرن کی حالت کی وضاحت کرتا ہے۔ یہ اثر پی ایچ پر منحصر ہے، اس لیے اس پیرامیٹر کو بھی شامل کرنا ضروری ہے۔ آزاد توانائی کا تعین آکسیکرن-کمی نصف رد عمل سے ہوتا ہے۔ فراسٹ خاکہ ان تخفیف کی صلاحیتوں کو پہلے سے ڈیزائن کیے گئے لیٹیمر خاکہ کے مقابلے میں آسانی سے سمجھنے کی اجازت دیتا ہے، کیونکہ "صلاحیتوں کی اضافی صلاحیت کی کمی" الجھن کا باعث تھی۔ آزاد توانایٔی ΔG° کا تعلق اس تخفیف صلاحیت E سے ہے جو گراف میں اس فارمولے کے ذریعے دکھائی گئی ہے: یا، جہاں n منتقل شدہ الیکٹرانوں کی تعداد ہے، اور F فیراڈے مستقل ہے)۔ فراسٹ خاکہ کا نام اس کے نام پر رکھا گیا ہے، جس نے اصل میں اسے 1951 کے ایک مقالے میں "آزاد توانائی اور آکسیکرن کے ممکنہ اعداد و شمار دونوں کو آسانی سے ظاہر کرنے" کے طریقے کے طور پر ایجاد کیا تھا۔ پی ایچ انحصار پی ایچ انحصار فیکٹر − 0.059m/n فی پی ایچ یونٹ کے ذریعہ دیا جاتا ہے، جہاں m کا تعلق مساوات میں پروٹانوں کی تعداد سے ہوتا ہے، اور n الیکٹرانوں کی تعداد کا تبادلہ ہوتا ہے۔ الیکٹرانوں کا تبادلہ ہمیشہ الیکٹرو کیمسٹری میں ہوتا ہے، لیکن ضروری نہیں کہ پروٹون ہوں۔ اگر رد عمل کے توازن میں پروٹون کا تبادلہ نہیں ہوتا ہے، تو ردعمل کو پی ایچ سے آزاد کہا جاتا ہے۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ ریڈوکس نصف رد عمل میں پیش کردہ الیکٹرو کیمیکل صلاحیت کی اقدار، جس کے تحت زیر بحث عناصر آکسیکرن کی حالتوں کو تبدیل کرتے ہیں، وہی ہوتے ہیں جو بھی پی ایچ حالات کے تحت طریقہ کار انجام دیا جاتا ہے۔ فراسٹ ڈائیگرام تیزابیت اور بنیادی حلوں کی معیاری صلاحیت (ڈھلوان) کے رجحانات کا موازنہ کرنے کے لیے بھی ایک مفید ذریعہ ہے۔ خالص، غیر جانبدار عنصر مختلف مرکبات میں منتقل ہوتا ہے اس پر منحصر ہے کہ آیا انواع تیزابیت اور بنیادی پی ایچ ایس میں ہے۔ اگرچہ آکسیکرن کی حالتوں کی قدر اور مقدار میں کوئی تبدیلی نہیں ہے، لیکن آزاد توانائیاں بہت مختلف ہو سکتی ہیں۔ فراسٹ خاکہ آسان اور آسان موازنہ کے لیے تیزابیت اور بنیادی گرافوں کی سپر امپوزیشن کی اجازت دیتا ہے۔ یونٹ اور پیمانہ معیاری آزاد توانائی پیمانے کو الیکٹران وولٹ میں ماپا جاتا ہے، اور nE° = 0 کی قدر عام طور پر خالص، غیر جانبدار عنصر ہوتی ہے۔ فراسٹ خاکہ عام طور پر nE° = 0 سے اوپر اور نیچے آزاد توانائی کی اقدار کو ظاہر کرتا ہے اور انٹیجرز میں اسکیل کیا جاتا ہے۔ گراف کا y محور آزاد توانائی کو ظاہر کرتا ہے۔ بڑھتے ہوئے استحکام (کم آزاد توانائی) گراف پر کم ہے، لہذا گراف پر جتنی زیادہ آزاد توانائی اور عنصر جتنا زیادہ ہوگا، اتنا ہی زیادہ غیر مستحکم اور رد عمل والا ہوگا۔ عنصر کی آکسیکرن کی حالت فراسٹ خاکہ کے ایکس محور پر دکھائی گئی ہے۔ آکسیکرن کی حالتیں اکائی کے بغیر ہوتی ہیں اور مثبت اور منفی عددوں میں بھی پیمائش کی جاتی ہیں۔ اکثر، فراسٹ ڈائیگرام آکسیڈیشن نمبر کو بڑھتی ہوئی ترتیب میں ظاہر کرتا ہے، لیکن بعض صورتوں میں یہ گھٹتی ہوئی ترتیب میں ظاہر ہوتا ہے۔ صفر (nE° = 0) کی آزاد توانائی کے ساتھ غیر جانبدار، خالص عنصر کی آکسیکرن حالت بھی صفر کے برابر ہوتی ہے۔ تاہم، کچھ الاٹروپس کی توانائی صفر نہیں ہو سکتی ہے۔ اس لیے لکیر کی ڈھلوان دو آکسیکرن ریاستوں کے درمیان معیاری صلاحیت کی نمائندگی کرتی ہے۔ دوسرے لفظوں میں، لکیر کی کھڑی ان دو رد عمل کے رد عمل اور سب سے کم توانائی کی پیداوار بنانے کے رجحان کو ظاہر کرتی ہے۔ مثبت یا منفی ڈھلوان ہونے کا امکان ہے۔ دو انواع کے درمیان مثبت ڈھلوان آکسیکرن کے رد عمل کے رجحان کی نشاندہی کرتا ہے، جبکہ دو انواع کے درمیان منفی ڈھلوان کمی کے رجحان کی نشاندہی کرتا ہے۔ مثال کے طور پر، اگر [HMnO4] − میں مینگنیز کی آکسیکرن حالت + 6 اور nE° = 4 ہے، اور MnO2 میں آکسیکرن حالت + 4 اور nE° = 0 ہے، تو ڈھلوان δy/δx 4/2 = 2 ہے، جس سے + 2 کی معیاری صلاحیت حاصل ہوتی ہے۔ کسی بھی اصطلاح کا استحکام اسی طرح اس گراف سے پایا جا سکتا ہے۔ میلان فراسٹ خاکہ پر کسی بھی دو نکات کے درمیان کی لکیر کا میلان رد عمل کی صلاحیت دیتا ہے۔ ایک انواع جو چوٹی پر واقع ہے، دونوں طرف دو نکات کے میلان سے اوپر، عدم تناسب کے حوالے سے غیر مستحکم نوع کی نشاندہی کرتی ہے، اور ایک نقطہ جو اس کے دو ملحقہ نکات میں شامل ہونے والی لکیر کے میلان سے نیچے آتا ہے، تھرموڈینامک سنک میں ہوتا ہے، اور اندرونی طور پر مستحکم ہوتا ہے۔ فراسٹ ڈائیگرام کے محور (افقی طور پر) زیر بحث پرجاتیوں کی آکسیکرن حالت کو ظاہر کرتے ہیں اور (عمودی طور پر) الیکٹران ایکسچینج نمبر کو وولٹیج (این ای) یا گبز فری انرجی فی یونٹ فی فیراڈے مستقل، δG/F سے ضرب دیتے ہیں۔ تناسب اور تناسب برقی کیمیائی تعاملات کے حوالے سے، فراسٹ خاکہ کا استعمال کرتے ہوئے دو اہم قسم کے تعاملات کو دیکھا جا سکتا ہے۔ تناسب اس وقت ہوتا ہے جب کسی عنصر کے دو مساوی، آکسیکرن نمبر میں مختلف ہوتے ہیں، ایک درمیانی آکسیکرن نمبر کے ساتھ ایک پروڈکٹ بنانے کے لیے یکجا ہوتے ہیں۔ تناسب مخالف رد عمل ہے، جس میں کسی عنصر کے دو مساوی، آکسیکرن نمبر میں ایک جیسے، مختلف آکسیکرن نمبروں کے دو پروڈکٹ بنانے کے لیے رد عمل ظاہر کرتے ہیں۔ تناسب: 2 Mn + → Mm + + Mp +۔ تناسب: ایم ایم + + ایم پی + → 2 ایم این +۔ دونوں مثالوں میں 2 n = m + p۔ فراسٹ ڈائیگرام کا استعمال کرتے ہوئے، کوئی پیش گوئی کر سکتا ہے کہ آیا ایک آکسیڈیشن نمبر غیر متناسب سے گزرے گا یا دو آکسیڈیشن نمبر متناسب سے گزریں گے۔ خاکہ پر تین آکسیکرن نمبروں کے ایک سیٹ کے درمیان دو ڈھلوانوں کو دیکھتے ہوئے، یہ فرض کرتے ہوئے کہ دو معیاری پوٹینشل (ڈھلوان) برابر نہیں ہیں، درمیانی آکسیکرن یا تو "پہاڑی" یا "وادی" کی شکل میں ہوگی۔ ایک پہاڑی اس وقت بنتی ہے جب بائیں ڈھلوان دائیں سے زیادہ تیز ہوتی ہے، اور ایک وادی اس وقت بنتی ہے جب دائیں ڈھلوان بائیں سے زیادہ تیز ہوتی ہے۔ ایک آکسیکرن نمبر جو "پہاڑی کی چوٹی" پر ہے ملحقہ آکسیکرن کی حالتوں میں غیر متناسب ہونے کے حق میں ہوتا ہے۔ اگر درمیانی آکسیکرن کی حالت "وادی کے نچلے حصے" میں ہو تو ملحقہ آکسیکرن ریاستیں، تاہم، تناسب کے حق میں ہوں گی۔ تنقید/تضادات آرتھر فراسٹ نے اپنی اصل اشاعت میں کہا ہے کہ ان کے فراسٹ خاکہ کے لیے ممکنہ تنقید ہو سکتی ہے۔ وہ پیش گوئی کرتے ہیں کہ "ڈھلوانوں کو اتنی آسانی سے یا درست طریقے سے نہیں پہچانا جا سکتا ہے کیونکہ وہ [لیٹیمر خاکہ کے] آکسیکرن صلاحیت کی براہ راست عددی اقدار ہیں"۔ بہت سے غیر نامیاتی کیمسٹ لیٹیمر اور فراسٹ ڈایگرام دونوں کو مل کر استعمال کرتے ہیں، مقداری ڈیٹا کے لیے لیٹیمر کا استعمال کرتے ہیں، اور پھر ان ڈیٹا کو تصور کے لیے فراسٹ ڈایگرام میں تبدیل کرتے ہیں۔ فراسٹ نے تجویز کیا کہ اضافی معلومات فراہم کرنے کے لیے ڈھلوانوں کے ساتھ معیاری صلاحیتوں کی عددی اقدار کو شامل کیا جا سکتا ہے۔ جرنل آف کیمیکل ایجوکیشن میں شائع ہونے والے ایک مقالے میں، مارٹنیز ڈی ایلاردویا اور ولافین (1994) نے فراسٹ ڈائیگرام کے صارفین کو متنبہ کیا ہے کہ وہ ڈائیگرام کی تعمیر کے لیے استعمال ہونے والی آزاد توانائی کی تعریف سے آگاہ رہیں۔ ایسڈ سولیوشن گراف میں، معیاری nE° = − ΔG/F عالمگیر طور پر استعمال ہوتا ہے۔ اس لیے تمام ذرائع کے ایسڈ سولیوشن فراسٹ ڈائیگرام ایک جیسے ہوں گے۔ تاہم، مختلف نصابی کتابیں توانائی کے حوالے سے کسی عنصر کے فراسٹ خاکہ میں تضادات ظاہر کرتی ہیں۔ کچھ نصابی کتب تخفیف صلاحیت، E° (2 + 2/H2) کا استعمال کرتی ہیں، جس کی وضاحت بنیادی حل کے لیے تیزاب کے حل میں کی گئی ہے۔ فلپس اور ولیمز غیر نامیاتی کیمسٹری کی نصابی کتاب میں، تاہم، مندرجہ ذیل فارمولے کے ذریعہ دیئے گئے بنیادی حل کے لیے ایک اور تخفیف صلاحیت کا استعمال کیا گیا ہے: E° (OH) = E°b−E° (2H2O + 2/H2 + 2OH−) = E°b + 0.828 V۔ تخفیف کی صلاحیت کو پیش کرنے کا یہ دوسرا طریقہ کچھ نصابی کتابوں میں استعمال ہوتا ہے نہ کہ دوسروں میں، لیکن گراف پر ہمیشہ واضح طور پر اشارہ نہیں کیا جاتا ہے، جس سے قارئین کے لیے الجھن پیدا ہوتی ہے۔ لہذا، فراسٹ خاکہ کے صارفین کو اس مسئلے سے آگاہ ہونا چاہیے، اور ہمیشہ واضح طور پر آگاہ ہونا چاہیے کہ ان کے خاکے کس آزاد توانائی پیمانے پر مبنی ہیں۔ پور بائیکس خاکہ ایلنگھم خاکہ حوالہ جات بیرونی لنکس خاکے جو مفید آکسیکرن-تخفیف کی معلومات فراہم کرتے ہیں الیکٹرو کیمسٹری بھی دیکھیں۔