ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સમાં ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ

ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સમાં ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ હંમેશા પદાર્થના સ્થાનાંતરણ સાથે સંબંધિત છે. ધાતુઓ અને સેમિકન્ડક્ટર્સમાં, ઉદાહરણ તરીકે, જ્યારે તેમનામાંથી પ્રવાહ પસાર થાય છે ત્યારે દ્રવ્ય સ્થાનાંતરિત થતું નથી, કારણ કે આ માધ્યમોમાં ઇલેક્ટ્રોન અને છિદ્રો વર્તમાન વાહક છે, પરંતુ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સમાં તે સ્થાનાંતરિત થાય છે. આનું કારણ એ છે કે ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સમાં, પદાર્થના સકારાત્મક અને નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ આયનો મફત ચાર્જના વાહક તરીકે કાર્ય કરે છે, ઇલેક્ટ્રોન અથવા છિદ્રો બિલકુલ નહીં.

ઘણી ધાતુઓના પીગળેલા સંયોજનો, તેમજ કેટલાક ઘન પદાર્થો, ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સથી સંબંધિત છે. પરંતુ આ પ્રકારના વાહકના મુખ્ય પ્રતિનિધિઓ, જેનો વ્યાપકપણે ટેકનોલોજીમાં ઉપયોગ થાય છે, તે અકાર્બનિક એસિડ, પાયા અને ક્ષારના જલીય દ્રાવણ છે.

પદાર્થ, જ્યારે ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ માધ્યમમાંથી પસાર થાય છે, ત્યારે તે ઇલેક્ટ્રોડ્સ પર મુક્ત થાય છે. આ ઘટના કહેવામાં આવે છે વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ… જ્યારે વિદ્યુત પ્રવાહ ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાંથી પસાર થાય છે, ત્યારે પદાર્થના સકારાત્મક અને નકારાત્મક ચાર્જવાળા આયનો એકસાથે વિરુદ્ધ દિશામાં આગળ વધે છે.

નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ આયનો (આયન) વર્તમાન સ્ત્રોત (એનોડ) ના હકારાત્મક વિદ્યુતધ્રુવ તરફ ધસી જાય છે અને તેના નકારાત્મક ધ્રુવ (કેથોડ) પર સકારાત્મક ચાર્જ થયેલ આયનો (કેશન્સ) ધસી આવે છે.

એસિડ, પાયા અને ક્ષારના જલીય દ્રાવણમાં આયનોના સ્ત્રોતો તટસ્થ અણુઓ છે, જેમાંથી કેટલાક લાગુ વિદ્યુત બળની ક્રિયા હેઠળ વિભાજિત થાય છે. તટસ્થ અણુઓના વિભાજનની આ ઘટનાને ઇલેક્ટ્રોલિટીક વિયોજન કહેવામાં આવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, કોપર ક્લોરાઇડ CuCl2 જલીય દ્રાવણમાં ક્લોરાઇડ આયનો (નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ) અને કોપર (ધન ચાર્જ થયેલ) માં વિઘટન પર વિઘટિત થાય છે.

જ્યારે ઈલેક્ટ્રોડ્સ વર્તમાન સ્ત્રોત સાથે જોડાયેલા હોય છે, ત્યારે વિદ્યુત ક્ષેત્ર સોલ્યુશનમાં આયનો પર કાર્ય કરવાનું શરૂ કરે છે અથવા ઓગળે છે, કારણ કે ક્લોરિન આયનો એનોડ (પોઝિટિવ ઈલેક્ટ્રોડ) અને કોપર કેશન્સ કેથોડ (નકારાત્મક ઈલેક્ટ્રોડ) તરફ જાય છે.

નકારાત્મક વિદ્યુતધ્રુવ સુધી પહોંચવા પર, હકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ કોપર આયનો કેથોડ પરના વધારાના ઈલેક્ટ્રોન દ્વારા તટસ્થ થઈ જાય છે અને કેથોડ પર જમા થયેલ તટસ્થ અણુ બની જાય છે. સકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ સુધી પહોંચવા પર, એનોડ પરના હકારાત્મક ચાર્જ સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા દરમિયાન નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ ક્લોરિન આયનો દરેક એક ઇલેક્ટ્રોનનું દાન કરે છે. આ કિસ્સામાં, રચાયેલા તટસ્થ ક્લોરિન પરમાણુઓ જોડીમાં ભેગા થઈને Cl2 પરમાણુઓ બનાવે છે, અને ક્લોરિન એનોડ પર ગેસના પરપોટાના સ્વરૂપમાં મુક્ત થાય છે.

ઘણીવાર, વિદ્યુત વિચ્છેદન પ્રક્રિયા વિયોજન ઉત્પાદનોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા સાથે હોય છે (આને ગૌણ પ્રતિક્રિયાઓ કહેવામાં આવે છે), જ્યારે ઇલેક્ટ્રોડ્સ પર પ્રકાશિત વિઘટન ઉત્પાદનો દ્રાવક સાથે અથવા સીધા ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રી સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે. ઉદાહરણ તરીકે, કોપર સલ્ફેટ (કોપર સલ્ફેટ — CuSO4) ના જલીય દ્રાવણનું વિદ્યુત વિચ્છેદન લો.આ ઉદાહરણમાં, ઇલેક્ટ્રોડ્સ તાંબાના બનેલા હશે.

કોપર સલ્ફેટ પરમાણુ સકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ કોપર આયન Cu + અને નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ સલ્ફેટ આયન SO4- બનાવવા માટે અલગ થઈ જાય છે. તટસ્થ કોપર અણુઓ કેથોડ પર ઘન થાપણ તરીકે જમા થાય છે. આ રીતે, રાસાયણિક રીતે શુદ્ધ તાંબુ મેળવવામાં આવે છે.

સલ્ફેટ આયન હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડમાં બે ઇલેક્ટ્રોનનું દાન કરે છે અને તટસ્થ રેડિકલ SO4 બને છે, જે તરત જ કોપર એનોડ (સેકન્ડરી એનોડ પ્રતિક્રિયા) સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે. એનોડ પર પ્રતિક્રિયા ઉત્પાદન કોપર સલ્ફેટ છે, જે ઉકેલમાં જાય છે.

તે તારણ આપે છે કે જ્યારે ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ કોપર સલ્ફેટના જલીય દ્રાવણમાંથી પસાર થાય છે, ત્યારે કોપર એનોડ ધીમે ધીમે ઓગળી જાય છે અને કેથોડ પર કોપર અવક્ષેપિત થાય છે. આ કિસ્સામાં, કોપર સલ્ફેટના જલીય દ્રાવણની સાંદ્રતા બદલાતી નથી.

1833 માં, અંગ્રેજી ભૌતિકશાસ્ત્રી માઈકલ ફેરાડે, પ્રાયોગિક કાર્ય દરમિયાન, વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણના કાયદાની સ્થાપના કરી, જેનું નામ હવે તેમના નામ પરથી રાખવામાં આવ્યું છે.

ફેરાડેનો કાયદો તમને વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ દરમિયાન ઇલેક્ટ્રોડ્સ પર પ્રકાશિત થતા પ્રાથમિક ઉત્પાદનોની માત્રા નક્કી કરવા દે છે. કાયદો નીચે મુજબ જણાવે છે: "વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ દરમિયાન ઇલેક્ટ્રોડ પર છોડવામાં આવેલ પદાર્થનો માસ એમ ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાંથી પસાર થયેલા ચાર્જ Q સાથે સીધો પ્રમાણસર છે."

આ સૂત્રમાં પ્રમાણસરતા પરિબળ k ને ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ સમકક્ષ કહેવામાં આવે છે.

વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ દરમિયાન ઇલેક્ટ્રોડ પર છોડવામાં આવતા પદાર્થનો સમૂહ આ ઇલેક્ટ્રોડ પર આવેલા તમામ આયનોના કુલ સમૂહ જેટલો છે:

સૂત્રમાં આયનનો ચાર્જ q0 અને માસ m0, તેમજ ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાંથી પસાર થતો ચાર્જ Q સમાવે છે. N એ આયનોની સંખ્યા છે જે ચાર્જ Q ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાંથી પસાર થાય ત્યારે ઇલેક્ટ્રોડ પર પહોંચે છે.તેથી, આયન m0 ના દળ અને તેના ચાર્જ q0 નો ગુણોત્તર k ની વિદ્યુતરાસાયણિક સમકક્ષ કહેવાય છે.

આયનનો ચાર્જ સંખ્યાત્મક રીતે પદાર્થની સંયોજકતા અને પ્રાથમિક ચાર્જના ઉત્પાદનની સમાન હોવાથી, રાસાયણિક સમકક્ષ નીચેના સ્વરૂપમાં રજૂ કરી શકાય છે:

જ્યાં: Na એ એવોગાડ્રોનો સ્થિરાંક છે, M એ પદાર્થનો દાઢ સમૂહ છે, F એ ફેરાડેનો સ્થિરાંક છે.

વાસ્તવમાં, ફેરાડે સ્થિરાંકને ચાર્જના જથ્થા તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરી શકાય છે જે ઇલેક્ટ્રોડ પર મોનોવેલેન્ટ પદાર્થના એક છછુંદરને મુક્ત કરવા માટે ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાંથી પસાર થવું આવશ્યક છે. વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણનો ફેરાડેનો નિયમ પછી સ્વરૂપ લે છે:

વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણની ઘટના આધુનિક ઉત્પાદનમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, એલ્યુમિનિયમ, તાંબુ, હાઇડ્રોજન, મેંગેનીઝ ડાયોક્સાઇડ અને હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ ઔદ્યોગિક રીતે વિદ્યુત વિચ્છેદન દ્વારા ઉત્પન્ન થાય છે. ઘણી ધાતુઓ અયસ્કમાંથી કાઢવામાં આવે છે અને વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ દ્વારા પ્રક્રિયા કરવામાં આવે છે.

ઉપરાંત, વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ માટે આભાર, રાસાયણિક વર્તમાન સ્ત્રોતો… વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણનો ઉપયોગ ગંદાપાણીની સારવારમાં થાય છે. ઘણા પદાર્થો (ધાતુઓ, હાઇડ્રોજન, ક્લોરિન, વગેરે) વિદ્યુત વિચ્છેદન દ્વારા મેળવવામાં આવે છે. ઇલેક્ટ્રોપ્લેટિંગ અને ઇલેક્ટ્રોપ્લેટિંગ માટે.

આ પણ જુઓ:પાણીના વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ દ્વારા હાઇડ્રોજનનું ઉત્પાદન - ટેકનોલોજી અને સાધનો