ఎలక్ట్రోలైట్లలో విద్యుత్ ప్రవాహం

ఎలక్ట్రోలైట్స్‌లోని ఎలక్ట్రిక్ కరెంట్ ఎల్లప్పుడూ పదార్థం యొక్క బదిలీకి సంబంధించినది. లోహాలు మరియు సెమీకండక్టర్లలో, ఉదాహరణకు, కరెంట్ వాటి గుండా వెళుతున్నప్పుడు పదార్థం బదిలీ చేయబడదు, ఎందుకంటే ఈ మీడియాలో ఎలక్ట్రాన్లు మరియు రంధ్రాలు ప్రస్తుత వాహకాలుగా ఉంటాయి, కానీ ఎలక్ట్రోలైట్లలో అవి బదిలీ చేయబడతాయి. ఎలెక్ట్రోలైట్స్‌లో, పదార్ధం యొక్క ధనాత్మకంగా మరియు ప్రతికూలంగా చార్జ్ చేయబడిన అయాన్లు ఉచిత చార్జ్‌ల క్యారియర్‌లుగా పనిచేస్తాయి, ఎలక్ట్రాన్లు లేదా రంధ్రాలు కాదు.

అనేక లోహాల కరిగిన సమ్మేళనాలు, అలాగే కొన్ని ఘనపదార్థాలు ఎలక్ట్రోలైట్‌లకు చెందినవి. కానీ సాంకేతికతలో విస్తృతంగా ఉపయోగించే ఈ రకమైన కండక్టర్ల యొక్క ప్రధాన ప్రతినిధులు అకర్బన ఆమ్లాలు, స్థావరాలు మరియు లవణాల సజల పరిష్కారాలు.

ఎలక్ట్రోలైట్ మాధ్యమం గుండా ఎలెక్ట్రిక్ కరెంట్ వెళ్ళినప్పుడు, పదార్ధం ఎలక్ట్రోడ్లపై విడుదల అవుతుంది. ఈ దృగ్విషయాన్ని అంటారు విద్యుద్విశ్లేషణ… ఎలక్ట్రోలైట్ గుండా విద్యుత్ ప్రవాహం వెళుతున్నప్పుడు, పదార్ధం యొక్క ధనాత్మకంగా మరియు ప్రతికూలంగా చార్జ్ చేయబడిన అయాన్లు వ్యతిరేక దిశలలో ఏకకాలంలో కదులుతాయి.

ప్రతికూలంగా ఛార్జ్ చేయబడిన అయాన్లు (అయాన్లు) ప్రస్తుత మూలం (యానోడ్) యొక్క ధనాత్మక ఎలక్ట్రోడ్‌కు మరియు ధనాత్మకంగా చార్జ్ చేయబడిన అయాన్లు (కాటయాన్‌లు) దాని ప్రతికూల ధ్రువానికి (కాథోడ్) వెళతాయి.

ఆమ్లాలు, స్థావరాలు మరియు లవణాల సజల ద్రావణాలలో అయాన్ల మూలాలు తటస్థ అణువులు, వీటిలో కొన్ని అనువర్తిత విద్యుత్ శక్తి చర్యలో విడిపోతాయి. తటస్థ అణువులను విభజించే ఈ దృగ్విషయాన్ని ఎలక్ట్రోలైటిక్ డిస్సోసియేషన్ అంటారు. ఉదాహరణకు, కాపర్ క్లోరైడ్ CuCl2 సజల ద్రావణంలో క్లోరైడ్ అయాన్లు (ప్రతికూలంగా ఛార్జ్ చేయబడినది) మరియు రాగి (పాజిటివ్ చార్జ్డ్) లోకి విచ్ఛేదనంపై కుళ్ళిపోతుంది.

ఎలక్ట్రోడ్‌లు ప్రస్తుత మూలానికి అనుసంధానించబడినప్పుడు, క్లోరిన్ అయాన్‌లు యానోడ్ (పాజిటివ్ ఎలక్ట్రోడ్)కి మరియు కాపర్ కాటయాన్‌లకు (నెగటివ్ ఎలక్ట్రోడ్) కదులుతున్నందున విద్యుత్ క్షేత్రం ద్రావణంలో లేదా కరిగిపోయే అయాన్‌లపై పనిచేయడం ప్రారంభమవుతుంది.

ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్‌ను చేరుకున్నప్పుడు, ధనాత్మకంగా చార్జ్ చేయబడిన రాగి అయాన్‌లు కాథోడ్‌లోని అదనపు ఎలక్ట్రాన్‌ల ద్వారా తటస్థీకరించబడతాయి మరియు కాథోడ్‌పై నిక్షిప్తం చేయబడిన తటస్థ అణువులుగా మారతాయి. సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్‌ను చేరుకున్నప్పుడు, ప్రతికూలంగా చార్జ్ చేయబడిన క్లోరిన్ అయాన్‌లు యానోడ్‌పై సానుకూల చార్జ్‌తో పరస్పర చర్య సమయంలో ఒక్కొక్క ఎలక్ట్రాన్‌ను దానం చేస్తాయి. ఈ సందర్భంలో, ఏర్పడిన తటస్థ క్లోరిన్ పరమాణువులు జతగా కలిసి Cl2 అణువులను ఏర్పరుస్తాయి మరియు క్లోరిన్ యానోడ్ వద్ద గ్యాస్ బుడగలు రూపంలో విడుదలవుతుంది.

తరచుగా, విద్యుద్విశ్లేషణ ప్రక్రియ డిస్సోసియేషన్ ఉత్పత్తుల పరస్పర చర్యతో కూడి ఉంటుంది (దీనిని ద్వితీయ ప్రతిచర్యలు అంటారు), ఎలక్ట్రోడ్‌లపై విడుదలయ్యే కుళ్ళిన ఉత్పత్తులు ద్రావకంతో లేదా నేరుగా ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థంతో సంకర్షణ చెందుతాయి. ఉదాహరణకు, కాపర్ సల్ఫేట్ (కాపర్ సల్ఫేట్ - CuSO4) యొక్క సజల ద్రావణం యొక్క విద్యుద్విశ్లేషణను తీసుకోండి.ఈ ఉదాహరణలో, ఎలక్ట్రోడ్లు రాగితో తయారు చేయబడతాయి.

రాగి సల్ఫేట్ అణువు ధనాత్మకంగా చార్జ్ చేయబడిన కాపర్ అయాన్ Cu + మరియు ప్రతికూలంగా చార్జ్ చేయబడిన సల్ఫేట్ అయాన్ SO4-ను ఏర్పరచడానికి విడదీస్తుంది. తటస్థ రాగి అణువులు కాథోడ్‌పై ఘన నిక్షేపంగా జమ చేయబడతాయి. ఈ విధంగా, రసాయనికంగా స్వచ్ఛమైన రాగి లభిస్తుంది.

సల్ఫేట్ అయాన్ సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్‌కు రెండు ఎలక్ట్రాన్‌లను దానం చేస్తుంది మరియు తటస్థ రాడికల్ SO4 అవుతుంది, ఇది వెంటనే కాపర్ యానోడ్ (సెకండరీ యానోడ్ రియాక్షన్)తో చర్య జరుపుతుంది. యానోడ్ వద్ద ప్రతిచర్య ఉత్పత్తి కాపర్ సల్ఫేట్, ఇది ద్రావణంలోకి వెళుతుంది.

కాపర్ సల్ఫేట్ యొక్క సజల ద్రావణం ద్వారా విద్యుత్ ప్రవాహం వెళుతున్నప్పుడు, రాగి యానోడ్ క్రమంగా కరిగిపోతుంది మరియు కాథోడ్‌పై రాగి అవక్షేపిస్తుంది.ఈ సందర్భంలో, కాపర్ సల్ఫేట్ యొక్క సజల ద్రావణం యొక్క ఏకాగ్రత మారదు.

1833 లో, ఆంగ్ల భౌతిక శాస్త్రవేత్త మైఖేల్ ఫెరడే, ప్రయోగాత్మక పనిలో, విద్యుద్విశ్లేషణ నియమాన్ని స్థాపించారు, దీనికి ఇప్పుడు అతని పేరు పెట్టారు.

విద్యుద్విశ్లేషణ సమయంలో ఎలక్ట్రోడ్లపై విడుదలయ్యే ప్రాథమిక ఉత్పత్తుల మొత్తాన్ని గుర్తించడానికి ఫెరడే చట్టం మిమ్మల్ని అనుమతిస్తుంది. చట్టం కింది విధంగా పేర్కొంది: "విద్యుద్విశ్లేషణ సమయంలో ఎలక్ట్రోడ్‌పై విడుదలయ్యే పదార్ధం యొక్క ద్రవ్యరాశి m అనేది ఎలక్ట్రోలైట్ గుండా వెళ్ళిన ఛార్జ్ Qకి నేరుగా అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది."

ఈ ఫార్ములాలోని ప్రొపోర్షనల్ ఫ్యాక్టర్ kని ఎలక్ట్రోకెమికల్ ఈక్వివలెంట్ అంటారు.

విద్యుద్విశ్లేషణ సమయంలో ఎలక్ట్రోడ్‌పై విడుదలయ్యే పదార్ధం యొక్క ద్రవ్యరాశి ఈ ఎలక్ట్రోడ్‌కు వచ్చిన అన్ని అయాన్ల మొత్తం ద్రవ్యరాశికి సమానం:

ఫార్ములా ఛార్జ్ q0 మరియు ఒక అయాన్ యొక్క ద్రవ్యరాశి m0, అలాగే ఎలక్ట్రోలైట్ గుండా వెళ్ళిన ఛార్జ్ Qని కలిగి ఉంటుంది. N అనేది ఛార్జ్ Q ఎలక్ట్రోలైట్ గుండా వెళ్ళినప్పుడు ఎలక్ట్రోడ్ వద్దకు వచ్చిన అయాన్ల సంఖ్య.కాబట్టి, అయాన్ m0 ద్రవ్యరాశికి దాని ఛార్జ్ q0 నిష్పత్తిని k యొక్క ఎలెక్ట్రోకెమికల్ సమానం అంటారు.

అయాన్ యొక్క ఛార్జ్ సంఖ్యాపరంగా పదార్ధం యొక్క విలువ మరియు ప్రాథమిక ఛార్జ్ యొక్క ఉత్పత్తికి సమానం కాబట్టి, రసాయన సమానమైన ఈ క్రింది రూపంలో సూచించబడుతుంది:

ఎక్కడ: Na అనేది అవోగాడ్రో యొక్క స్థిరాంకం, M అనేది పదార్ధం యొక్క మోలార్ ద్రవ్యరాశి, F అనేది ఫెరడే స్థిరాంకం.

వాస్తవానికి, ఫెరడే స్థిరాంకం అనేది ఎలక్ట్రోడ్‌పై మోనోవాలెంట్ పదార్ధం యొక్క ఒక మోల్‌ను విడుదల చేయడానికి ఎలక్ట్రోలైట్ గుండా వెళ్ళాల్సిన ఛార్జ్ మొత్తంగా నిర్వచించబడుతుంది. ఫారడే యొక్క విద్యుద్విశ్లేషణ నియమం తరువాత రూపాన్ని తీసుకుంటుంది:

విద్యుద్విశ్లేషణ యొక్క దృగ్విషయం ఆధునిక ఉత్పత్తిలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతుంది. ఉదాహరణకు, అల్యూమినియం, రాగి, హైడ్రోజన్, మాంగనీస్ డయాక్సైడ్ మరియు హైడ్రోజన్ పెరాక్సైడ్ విద్యుద్విశ్లేషణ ద్వారా పారిశ్రామికంగా ఉత్పత్తి చేయబడతాయి. అనేక లోహాలు ఖనిజాల నుండి సంగ్రహించబడతాయి మరియు విద్యుద్విశ్లేషణ (ఎలెక్ట్రోఫైనింగ్ మరియు ఎలెక్ట్రో ఎక్స్‌ట్రాక్షన్) ద్వారా ప్రాసెస్ చేయబడతాయి.

అలాగే, విద్యుద్విశ్లేషణకు ధన్యవాదాలు, రసాయన ప్రస్తుత మూలాలు… విద్యుద్విశ్లేషణ మురుగునీటి శుద్ధిలో ఉపయోగించబడుతుంది (ఎలెక్ట్రో ఎక్స్‌ట్రాక్షన్, ఎలెక్ట్రోకోగ్యులేషన్, ఎలెక్ట్రోఫ్లోటేషన్). అనేక పదార్థాలు (లోహాలు, హైడ్రోజన్, క్లోరిన్ మొదలైనవి) విద్యుద్విశ్లేషణ ద్వారా పొందబడతాయి ఎలక్ట్రోప్లేటింగ్ మరియు ఎలక్ట్రోప్లేటింగ్ కోసం.

ఇది కూడ చూడు:నీటి విద్యుద్విశ్లేషణ ద్వారా హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి - సాంకేతికత మరియు పరికరాలు