इलेक्ट्रोलाइट्समध्ये विद्युत प्रवाह

इलेक्ट्रोलाइट्समधील विद्युत प्रवाह नेहमी पदार्थाच्या हस्तांतरणाशी संबंधित असतो. धातू आणि अर्धसंवाहकांमध्ये, उदाहरणार्थ, जेव्हा त्यांच्यामधून विद्युत् प्रवाह जातो तेव्हा पदार्थ हस्तांतरित केले जात नाहीत, कारण या माध्यमांमध्ये इलेक्ट्रॉन आणि छिद्र वर्तमान वाहक असतात, परंतु इलेक्ट्रोलाइट्समध्ये ते हस्तांतरित केले जातात. याचे कारण असे की इलेक्ट्रोलाइट्समध्ये, पदार्थाचे सकारात्मक आणि नकारात्मक चार्ज केलेले आयन मुक्त शुल्काचे वाहक म्हणून काम करतात, इलेक्ट्रॉन किंवा छिद्रे नाहीत.

अनेक धातूंचे वितळलेले संयुगे, तसेच काही घन पदार्थ, इलेक्ट्रोलाइट्सचे असतात. परंतु या प्रकारच्या कंडक्टरचे मुख्य प्रतिनिधी, जे तंत्रज्ञानामध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात, ते अजैविक ऍसिड, बेस आणि क्षारांचे जलीय द्रावण आहेत.

पदार्थ, जेव्हा विद्युत प्रवाह इलेक्ट्रोलाइट माध्यमातून जातो, तेव्हा इलेक्ट्रोड्सवर सोडला जातो. या इंद्रियगोचर म्हणतात इलेक्ट्रोलिसिस… जेव्हा विद्युत प्रवाह इलेक्ट्रोलाइटमधून जातो तेव्हा पदार्थाचे सकारात्मक आणि नकारात्मक चार्ज केलेले आयन एकाच वेळी विरुद्ध दिशेने फिरतात.

नकारात्मक चार्ज केलेले आयन (आयन) वर्तमान स्त्रोताच्या (एनोड) सकारात्मक इलेक्ट्रोडकडे धावतात आणि सकारात्मक चार्ज केलेले आयन (केशन्स) त्याच्या नकारात्मक ध्रुवावर (कॅथोड) जातात.

आम्ल, तळ आणि क्षारांच्या जलीय द्रावणातील आयनांचे स्त्रोत तटस्थ रेणू आहेत, ज्यापैकी काही विद्युत शक्तीच्या कृती अंतर्गत विभाजित होतात. तटस्थ रेणूंचे विभाजन करण्याच्या या घटनेला इलेक्ट्रोलाइटिक पृथक्करण म्हणतात. उदाहरणार्थ, कॉपर क्लोराईड CuCl2 जलीय द्रावणात विघटन केल्यावर क्लोराईड आयन (ऋण चार्ज केलेले) आणि तांबे (सकारात्मक चार्ज केलेले) मध्ये विघटित होते.

जेव्हा इलेक्ट्रोड वर्तमान स्त्रोताशी जोडलेले असतात, तेव्हा विद्युत क्षेत्र द्रावणातील आयनांवर कार्य करू लागते किंवा वितळते, कारण क्लोरीन आयन एनोड (पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोड) आणि तांबे केशन्स कॅथोड (नकारात्मक इलेक्ट्रोड) मध्ये जातात.

नकारात्मक इलेक्ट्रोडवर पोहोचल्यावर, सकारात्मक चार्ज केलेले तांबे आयन कॅथोडवरील अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनद्वारे तटस्थ होतात आणि कॅथोडवर जमा केलेले तटस्थ अणू बनतात. पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोडवर पोहोचल्यावर, एनोडवरील सकारात्मक चार्जशी संवाद साधताना नकारात्मक चार्ज केलेले क्लोरीन आयन प्रत्येकी एक इलेक्ट्रॉन दान करतात. या प्रकरणात, तयार केलेले तटस्थ क्लोरीन अणू जोड्यांमध्ये एकत्रित होऊन Cl2 रेणू तयार करतात आणि क्लोरीन एनोडवर गॅस फुगेच्या स्वरूपात सोडले जाते.

बहुतेकदा, इलेक्ट्रोलिसिस प्रक्रिया पृथक्करण उत्पादनांच्या परस्परसंवादासह असते (याला दुय्यम प्रतिक्रिया म्हणतात), जेव्हा इलेक्ट्रोडवर सोडलेली विघटन उत्पादने सॉल्व्हेंटशी किंवा थेट इलेक्ट्रोड सामग्रीशी संवाद साधतात. उदाहरणार्थ, तांबे सल्फेट (तांबे सल्फेट — CuSO4) च्या जलीय द्रावणाचे इलेक्ट्रोलिसिस घ्या.या उदाहरणात, इलेक्ट्रोड तांबे बनलेले असतील.

तांबे सल्फेट रेणू विलग होऊन सकारात्मक चार्ज केलेले तांबे आयन Cu + आणि नकारात्मक चार्ज केलेले सल्फेट आयन SO4- तयार होतो. तटस्थ तांबे अणू कॅथोडवर घन ठेव म्हणून जमा केले जातात. अशा प्रकारे, रासायनिक शुद्ध तांबे प्राप्त होते.

सल्फेट आयन सकारात्मक इलेक्ट्रोडला दोन इलेक्ट्रॉन दान करतो आणि तटस्थ मूलगामी SO4 बनतो, जो तांबे एनोड (दुय्यम एनोड प्रतिक्रिया) सह त्वरित प्रतिक्रिया देतो. एनोडवरील प्रतिक्रिया उत्पादन तांबे सल्फेट आहे, जे द्रावणात जाते.

असे दिसून येते की जेव्हा विद्युत प्रवाह तांबे सल्फेटच्या जलीय द्रावणातून जातो, तेव्हा तांबे एनोड हळूहळू विरघळतो आणि कॅथोडवर तांबे अवक्षेपित होतो. या प्रकरणात, तांबे सल्फेटच्या जलीय द्रावणाची एकाग्रता बदलत नाही.

1833 मध्ये, इंग्रजी भौतिकशास्त्रज्ञ मायकेल फॅराडे यांनी प्रायोगिक कार्याच्या दरम्यान, इलेक्ट्रोलिसिसचा कायदा स्थापित केला, ज्याला आता त्यांचे नाव देण्यात आले आहे.

फॅराडेचा कायदा आपल्याला इलेक्ट्रोलिसिस दरम्यान इलेक्ट्रोड्सवर सोडलेल्या प्राथमिक उत्पादनांची मात्रा निर्धारित करण्यास अनुमती देतो. कायदा पुढील गोष्टी सांगतो: "विद्युतविश्लेषणादरम्यान इलेक्ट्रोडवर सोडलेल्या पदार्थाचे वस्तुमान एम हे इलेक्ट्रोलाइटमधून गेलेल्या प्रभार Q च्या थेट प्रमाणात असते."

या सूत्रातील आनुपातिकता घटक k याला इलेक्ट्रोकेमिकल समतुल्य म्हणतात.

इलेक्ट्रोलिसिस दरम्यान इलेक्ट्रोडवर सोडलेल्या पदार्थाचे वस्तुमान या इलेक्ट्रोडमध्ये आलेल्या सर्व आयनांच्या एकूण वस्तुमानाच्या बरोबरीचे असते:

सूत्रामध्ये आयनचा चार्ज q0 आणि वस्तुमान m0, तसेच इलेक्ट्रोलाइटमधून गेलेला चार्ज Q समाविष्ट असतो. N ही आयनची संख्या आहे जी इलेक्ट्रोलाइटमधून प्रभार Q उत्तीर्ण झाल्यावर इलेक्ट्रोडवर आली.म्हणून, आयन m0 च्या वस्तुमान आणि त्याच्या चार्ज q0 च्या गुणोत्तराला k च्या इलेक्ट्रोकेमिकल समतुल्य म्हणतात.

आयनचा चार्ज संख्यात्मकदृष्ट्या पदार्थाच्या व्हॅलेन्सच्या गुणाकाराच्या आणि प्राथमिक शुल्काच्या समान असल्याने, रासायनिक समतुल्य खालील स्वरूपात प्रस्तुत केले जाऊ शकते:

कुठे: Na हे अॅव्होगॅड्रोचे स्थिरांक आहे, M हे पदार्थाचे मोलर वस्तुमान आहे, F फॅराडेचा स्थिरांक आहे.

खरं तर, फॅराडे स्थिरांकाची व्याख्या इलेक्ट्रोडवरील मोनोव्हॅलेंट पदार्थाचा एक तीळ मुक्त करण्यासाठी इलेक्ट्रोलाइटमधून जाणे आवश्यक असलेल्या शुल्काची रक्कम म्हणून केली जाऊ शकते. फॅराडेचा इलेक्ट्रोलिसिसचा नियम नंतर फॉर्म घेतो:

आधुनिक उत्पादनामध्ये इलेक्ट्रोलिसिसची घटना मोठ्या प्रमाणावर वापरली जाते. उदाहरणार्थ, अॅल्युमिनियम, तांबे, हायड्रोजन, मॅंगनीज डायऑक्साइड आणि हायड्रोजन पेरोक्साईड इलेक्ट्रोलिसिसद्वारे औद्योगिकरित्या तयार केले जातात. अनेक धातू धातूपासून काढल्या जातात आणि इलेक्ट्रोलिसिस (इलेक्ट्रोरिफायनिंग आणि इलेक्ट्रोएक्सट्रॅक्शन) द्वारे प्रक्रिया केली जातात.

तसेच, इलेक्ट्रोलिसिससाठी धन्यवाद, रासायनिक वर्तमान स्रोत… इलेक्ट्रोलिसिसचा वापर सांडपाणी प्रक्रिया (इलेक्ट्रोएक्सट्रॅक्शन, इलेक्ट्रोकोग्युलेशन, इलेक्ट्रोफ्लोटेशन) मध्ये केला जातो. अनेक पदार्थ (धातू, हायड्रोजन, क्लोरीन इ.) इलेक्ट्रोलिसिसद्वारे प्राप्त होतात. इलेक्ट्रोप्लेटिंग आणि इलेक्ट्रोप्लेटिंगसाठी.

हे देखील पहा:पाण्याच्या इलेक्ट्रोलिसिसद्वारे हायड्रोजनचे उत्पादन - तंत्रज्ञान आणि उपकरणे