इलेक्ट्रोलाइट्स में विद्युत प्रवाह

इलेक्ट्रोलाइट्स में विद्युत प्रवाह हमेशा पदार्थ के हस्तांतरण से संबंधित होता है। धातुओं और अर्धचालकों में, उदाहरण के लिए, पदार्थ जब उनके माध्यम से प्रवाहित होता है, स्थानांतरित नहीं होता है, क्योंकि इन मीडिया में इलेक्ट्रॉनों और छेद वर्तमान वाहक होते हैं, लेकिन इलेक्ट्रोलाइट्स में उन्हें स्थानांतरित किया जाता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि इलेक्ट्रोलाइट्स में, पदार्थ के धनात्मक और ऋणात्मक रूप से आवेशित आयन मुक्त आवेशों के वाहक के रूप में कार्य करते हैं, न कि इलेक्ट्रॉनों या छिद्रों के रूप में।

कई धातुओं के पिघले हुए यौगिक, साथ ही कुछ ठोस, इलेक्ट्रोलाइट्स से संबंधित हैं। लेकिन इस प्रकार के कंडक्टरों के मुख्य प्रतिनिधि, जो प्रौद्योगिकी में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं, अकार्बनिक एसिड, क्षार और लवण के जलीय घोल हैं।

पदार्थ, जब एक विद्युत प्रवाह इलेक्ट्रोलाइट माध्यम से गुजरता है, इलेक्ट्रोड पर जारी किया जाता है। इस घटना को कहा जाता है इलेक्ट्रोलीज़… जब विद्युत धारा इलेक्ट्रोलाइट से गुजरती है, तो पदार्थ के सकारात्मक और नकारात्मक रूप से आवेशित आयन एक साथ विपरीत दिशाओं में चलते हैं।

नकारात्मक रूप से आवेशित आयन (आयन) वर्तमान स्रोत (एनोड) के धनात्मक इलेक्ट्रोड की ओर बढ़ते हैं, और धनात्मक रूप से आवेशित आयन (उद्धरण) इसके ऋणात्मक ध्रुव (कैथोड) की ओर बढ़ते हैं।

एसिड, क्षार और लवण के जलीय घोल में आयनों के स्रोत तटस्थ अणु होते हैं, जिनमें से कुछ एक लागू विद्युत बल की क्रिया के तहत विभाजित हो जाते हैं। तटस्थ अणुओं को विभाजित करने की इस घटना को इलेक्ट्रोलाइटिक पृथक्करण कहा जाता है। उदाहरण के लिए, कॉपर क्लोराइड CuCl2 क्लोराइड आयनों (नकारात्मक रूप से आवेशित) और कॉपर (धनात्मक रूप से आवेशित) में जलीय घोल में पृथक्करण पर विघटित हो जाता है।

जब इलेक्ट्रोड एक वर्तमान स्रोत से जुड़े होते हैं, तो विद्युत क्षेत्र एक समाधान में आयनों पर कार्य करना शुरू कर देता है या पिघल जाता है, क्योंकि क्लोरीन आयन एनोड (पॉजिटिव इलेक्ट्रोड) और कॉपर केशन कैथोड (नकारात्मक इलेक्ट्रोड) में चले जाते हैं।

नकारात्मक इलेक्ट्रोड तक पहुंचने पर, सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए कॉपर आयन कैथोड पर अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों द्वारा बेअसर हो जाते हैं और तटस्थ परमाणु बन जाते हैं जो कैथोड पर जमा हो जाते हैं। सकारात्मक इलेक्ट्रोड तक पहुंचने पर, एनोड पर सकारात्मक चार्ज के साथ बातचीत के दौरान नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए क्लोरीन आयन प्रत्येक एक इलेक्ट्रॉन दान करते हैं। इस मामले में, गठित तटस्थ क्लोरीन परमाणु जोड़े में जुड़कर Cl2 अणु बनाते हैं, और क्लोरीन को एनोड पर गैस के बुलबुले के रूप में छोड़ा जाता है।

अक्सर, इलेक्ट्रोलिसिस प्रक्रिया पृथक्करण उत्पादों की बातचीत के साथ होती है (इसे द्वितीयक प्रतिक्रियाएं कहा जाता है), जब इलेक्ट्रोड पर जारी अपघटन उत्पाद विलायक के साथ या सीधे इलेक्ट्रोड सामग्री के साथ बातचीत करते हैं। उदाहरण के लिए, कॉपर सल्फेट (कॉपर सल्फेट - CuSO4) के एक जलीय घोल का इलेक्ट्रोलिसिस लें।इस उदाहरण में, इलेक्ट्रोड तांबे के बने होंगे।

कॉपर सल्फेट अणु एक धनात्मक आवेशित कॉपर आयन Cu + और एक ऋणात्मक रूप से आवेशित सल्फेट आयन SO4- बनाने के लिए अलग हो जाता है। तटस्थ तांबे के परमाणु कैथोड पर ठोस जमा के रूप में जमा होते हैं। इस प्रकार रासायनिक रूप से शुद्ध ताँबा प्राप्त होता है।

सल्फेट आयन दो इलेक्ट्रॉनों को सकारात्मक इलेक्ट्रोड को दान करता है और तटस्थ कट्टरपंथी SO4 बन जाता है, जो तुरंत कॉपर एनोड (द्वितीयक एनोड प्रतिक्रिया) के साथ प्रतिक्रिया करता है। एनोड पर प्रतिक्रिया उत्पाद कॉपर सल्फेट है, जो समाधान में जाता है।

यह पता चला है कि जब एक विद्युत प्रवाह कॉपर सल्फेट के एक जलीय घोल से गुजरता है, तो कॉपर एनोड बस धीरे-धीरे घुल जाता है और कॉपर कैथोड पर अवक्षेपित हो जाता है। इस मामले में, कॉपर सल्फेट के जलीय घोल की सांद्रता नहीं बदलती है।

1833 में, अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी माइकल फैराडे ने प्रयोगात्मक कार्य के दौरान इलेक्ट्रोलिसिस के कानून की स्थापना की, जिसे अब उनके नाम पर रखा गया है।

फैराडे का कानून आपको इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान इलेक्ट्रोड पर जारी होने वाले प्राथमिक उत्पादों की मात्रा निर्धारित करने की अनुमति देता है। कानून निम्नलिखित बताता है: "इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान इलेक्ट्रोड पर जारी पदार्थ का द्रव्यमान एम इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से पारित चार्ज क्यू के सीधे आनुपातिक होता है।"

इस सूत्र में आनुपातिकता कारक k को विद्युत रासायनिक समतुल्य कहा जाता है।

इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान इलेक्ट्रोड पर जारी पदार्थ का द्रव्यमान इस इलेक्ट्रोड पर आने वाले सभी आयनों के कुल द्रव्यमान के बराबर होता है:

सूत्र में चार्ज q0 और आयन का द्रव्यमान m0, साथ ही इलेक्ट्रोलाइट से गुजरने वाला चार्ज Q शामिल है। N उन आयनों की संख्या है जो इलेक्ट्रोड पर पहुंचे जब चार्ज Q इलेक्ट्रोलाइट से होकर गुजरा।इसलिए, आयन m0 के द्रव्यमान का उसके आवेश q0 के अनुपात को k का विद्युत रासायनिक समतुल्य कहा जाता है।

चूँकि आयन का आवेश संख्यात्मक रूप से पदार्थ की वैलेंस और प्राथमिक आवेश के गुणनफल के बराबर होता है, रासायनिक समतुल्य को निम्नलिखित रूप में दर्शाया जा सकता है:

कहा पे: ना एवोगैड्रो का स्थिरांक है, एम पदार्थ का दाढ़ द्रव्यमान है, एफ फैराडे का स्थिरांक है।

वास्तव में, फैराडे स्थिरांक को उस आवेश की मात्रा के रूप में परिभाषित किया जा सकता है जो इलेक्ट्रोड पर मोनोवैलेंट पदार्थ के एक मोल को मुक्त करने के लिए इलेक्ट्रोलाइट से होकर गुजरना चाहिए। फैराडे का इलेक्ट्रोलिसिस का नियम तब रूप लेता है:

इलेक्ट्रोलिसिस की घटना का आधुनिक उत्पादन में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, एल्युमिनियम, कॉपर, हाइड्रोजन, मैंगनीज डाइऑक्साइड और हाइड्रोजन पेरोक्साइड का औद्योगिक रूप से इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा उत्पादन किया जाता है। कई धातुओं को अयस्कों से निकाला जाता है और इलेक्ट्रोलिसिस (इलेक्ट्रोरिफाइनिंग और इलेक्ट्रोएक्सट्रैक्शन) द्वारा संसाधित किया जाता है।

इसके अलावा, इलेक्ट्रोलिसिस के लिए धन्यवाद, रासायनिक वर्तमान स्रोत... इलेक्ट्रोलिसिस का उपयोग अपशिष्ट जल उपचार (इलेक्ट्रोएक्सट्रैक्शन, इलेक्ट्रोकोएग्यूलेशन, इलेक्ट्रोफ्लोटेशन) में किया जाता है। बहुत से पदार्थ (धातु, हाइड्रोजन, क्लोरीन आदि) विद्युत अपघटन द्वारा प्राप्त किए जाते हैं इलेक्ट्रोप्लेटिंग और इलेक्ट्रोप्लेटिंग के लिए।

यह सभी देखें:पानी के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा हाइड्रोजन का उत्पादन - प्रौद्योगिकी और उपकरण