વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણના ફેરાડેના નિયમો

ફેરાડેના વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણના નિયમો માઈકલ ફેરાડેના ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ સંશોધન પર આધારિત માત્રાત્મક સંબંધો છે, જે તેમણે 1836માં પ્રકાશિત કર્યું હતું.

આ કાયદાઓ પ્રકાશિત પદાર્થોની માત્રા વચ્ચેનો સંબંધ નક્કી કરે છે વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ દરમિયાન અને ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાંથી પસાર થતી વીજળીનો જથ્થો. ફેરાડેના કાયદા બે છે. વૈજ્ઞાનિક સાહિત્યમાં અને પાઠ્યપુસ્તકોમાં, આ કાયદાઓની વિવિધ રચનાઓ છે.

ઇલેક્ટ્રોલિસિસ - પેસેજ દરમિયાન તેના ઘટક પદાર્થોના ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાંથી મુક્ત થવું વીજળી… ઉદાહરણ તરીકે, જ્યારે વિદ્યુત પ્રવાહ સહેજ એસિડિફાઇડ પાણીમાંથી પસાર થાય છે, ત્યારે પાણી તેના ઘટક ભાગો - વાયુઓ (ઓક્સિજન અને હાઇડ્રોજન) માં વિઘટિત થાય છે.

ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાંથી છોડવામાં આવતા પદાર્થની માત્રા ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાંથી પસાર થતી વીજળીના પ્રમાણના પ્રમાણસર છે, એટલે કે, વર્તમાન સમયની તાકાતનું ઉત્પાદન જે દરમિયાન આ પ્રવાહ વહે છે. તેથી, વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણની ઘટના વર્તમાનની શક્તિને માપવા અને નિર્ધારિત કરવા માટે સેવા આપી શકે છે વર્તમાન એકમો.

ઇલેક્ટ્રોલાઇટ - એક ઉકેલ અને સામાન્ય રીતે એક જટિલ પ્રવાહી જે ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહનું સંચાલન કરે છે.બેટરીમાં, ઇલેક્ટ્રોલાઇટ એ સલ્ફ્યુરિક એસિડ (સીસામાં) અથવા કોસ્ટિક પોટાશ અથવા કોસ્ટિક સોડા (આયર્ન-નિકલમાં) નું દ્રાવણ છે. ગેલ્વેનિક કોષોમાં, કોઈપણ રાસાયણિક સંયોજનો (એમોનિયા, કોપર સલ્ફેટ, વગેરે) ના ઉકેલો પણ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ તરીકે સેવા આપે છે.

માઈકલ ફેરાડે (1791 - 1867)

માઈકલ ફેરાડે (1791 - 1867) - અંગ્રેજી ભૌતિકશાસ્ત્રી, ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઘટનાના આધુનિક સિદ્ધાંતના સ્થાપક. તેમણે બુકબાઈન્ડિંગ વર્કશોપમાં એપ્રેન્ટિસ તરીકે તેમના કાર્યકારી જીવનની શરૂઆત કરી. તેણે માત્ર પ્રાથમિક શિક્ષણ મેળવ્યું, પરંતુ સ્વતંત્ર રીતે વિજ્ઞાનનો અભ્યાસ કર્યો અને રસાયણશાસ્ત્રી દેવી માટે પ્રયોગશાળા સહાયક તરીકે કામ કર્યું, તે એક મહાન વૈજ્ઞાનિક, મહાન પ્રાયોગિક ભૌતિકશાસ્ત્રીઓમાંના એક બન્યા.

ફેરાડેએ ખોલ્યું ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઇન્ડક્શનની ઘટના, વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણના નિયમો, ઇલેક્ટ્રિક અને ચુંબકીય ક્ષેત્રોનો સિદ્ધાંત વિકસાવ્યો અને આધુનિક ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્રના ખ્યાલોના પાયાઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક અસાધારણ ઘટનાના કંપનશીલ, તરંગ પ્રકૃતિનો વિચાર ધરાવતા તે પ્રથમ વૈજ્ઞાનિક હતા.

વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણનો ફેરાડેનો પ્રથમ નિયમ

વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ દરમિયાન ઇલેક્ટ્રોડ પર અવક્ષેપિત થનાર પદાર્થનું દળ તે ઇલેક્ટ્રોડ (ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાંથી પસાર) માં ટ્રાન્સફર થતી વીજળીની માત્રાના સીધા પ્રમાણસર છે. વીજળીની માત્રા એ વિદ્યુત ચાર્જની રકમનો સંદર્ભ આપે છે, જે સામાન્ય રીતે પેન્ડન્ટ્સમાં માપવામાં આવે છે.

વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણનો ફેરાડેનો બીજો નિયમ

આપેલ વીજળી (વિદ્યુત ચાર્જ) માટે, રાસાયણિક તત્વનું દળ જે વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ દરમિયાન ઇલેક્ટ્રોડ પર જમા કરવામાં આવશે તે તે તત્વના સમકક્ષ દળના સીધા પ્રમાણસર છે. પદાર્થનો સમકક્ષ દળ એ તેના દાઢ સમૂહને પૂર્ણ સંખ્યા વડે વિભાજિત કરવામાં આવે છે, જે રાસાયણિક પ્રતિક્રિયામાં પદાર્થ સામેલ છે તેના આધારે.

અથવા

વીજળીની સમાન માત્રા વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ દરમિયાન ઇલેક્ટ્રોડ્સ પર વિવિધ પદાર્થોના સમકક્ષ લોકોના પ્રકાશન તરફ દોરી જાય છે. કોઈપણ પદાર્થના સમકક્ષના એક છછુંદરને મુક્ત કરવા માટે, તેટલી જ વીજળીનો ખર્ચ કરવો જરૂરી છે, એટલે કે 96485 C. આ વિદ્યુત રાસાયણિક સ્થિરાંક કહેવાય છે. ફેરાડે નંબર.

ગાણિતિક સ્વરૂપમાં ફેરાડેના નિયમો

• m એ ઇલેક્ટ્રોડ પર જમા થયેલ પદાર્થનો સમૂહ છે;

• વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ દરમિયાન પસાર કરાયેલ પેન્ડન્ટમાં કુલ ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જનું મૂલ્ય Q છે;

• F = 96485.33 (83) C/mol — ફેરાડેની સંખ્યા;

• M એ g/mol માં તત્વનો દાઢ સમૂહ છે;

• z — પદાર્થના આયનોની સંયોજક સંખ્યા (આયન દીઠ ઇલેક્ટ્રોન);

• M/z — ઇલેક્ટ્રોડ પર લાગુ પદાર્થના સમકક્ષ સમૂહ.

ફેરાડેના વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણના પ્રથમ નિયમ પર લાગુ, M, F અને z સ્થિરાંકો છે, તેથી વધુ Q, વધુ m હશે.

ફેરાડેના વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણના બીજા નિયમની દ્રષ્ટિએ, Q, F અને z સ્થિરાંકો છે, તેથી વધુ M/z, વધુ m હશે.

ડાયરેક્ટ કરંટ માટે અમારી પાસે છે

• n એ ઇલેક્ટ્રોડ પર પ્રકાશિત મોલ્સ (પદાર્થની માત્રા) ની સંખ્યા છે: n = m / M.

• t એ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ દ્વારા સીધો પ્રવાહ પસાર કરવાનો સમય છે. વૈકલ્પિક પ્રવાહ માટે, સમય સાથે કુલ ચાર્જનો સરવાળો કરવામાં આવે છે.

• t કુલ વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ સમય છે.

ફેરાડેના કાયદા લાગુ કરવાનું ઉદાહરણ

નિષ્ક્રિય એનોડ સાથે સોડિયમ સલ્ફેટના જલીય દ્રાવણના વિદ્યુત વિચ્છેદન દરમિયાન કેથોડ અને એનોડ પર ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રક્રિયાઓનું સમીકરણ લખવું જરૂરી છે. સમસ્યાનો ઉકેલ નીચે મુજબ હશે. સોલ્યુશનમાં, સોડિયમ સલ્ફેટ નીચેની યોજના અનુસાર અલગ થઈ જશે:

આ સિસ્ટમમાં પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિત નીચે મુજબ છે:

તટસ્થ માધ્યમ (-0.41 V) માં હાઇડ્રોજન ઇલેક્ટ્રોડ કરતાં આ વધુ નકારાત્મક સંભવિત સ્તર છે. તેથી, નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ (કેથોડ) પર, નીચેની યોજના અનુસાર હાઇડ્રોજન અને હાઇડ્રોક્સાઇડ આયનના પ્રકાશન સાથે પાણીનું ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ વિયોજન શરૂ થશે:

અને નકારાત્મક રીતે ચાર્જ કરેલ કેથોડની નજીક આવતા હકારાત્મક રીતે ચાર્જ કરેલ સોડિયમ આયનો કેથોડની નજીક, સોલ્યુશનની બાજુના ભાગમાં એકઠા થશે.

પાણીનું ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ ઓક્સિડેશન હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ (એનોડ) પર થશે, જે નીચેની યોજના અનુસાર ઓક્સિજનના પ્રકાશન તરફ દોરી જશે:

આ સિસ્ટમમાં, પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિત +1.23 V છે, જે નીચેની સિસ્ટમમાં જોવા મળતા પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિત કરતાં નીચે છે:

નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ સલ્ફેટ આયનો હકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ એનોડ તરફ આગળ વધતા એનોડની નજીકની જગ્યામાં એકઠા થશે.