ইলেক্ট্রোলাইসিস কী সেই প্রশ্নটি উচ্চ বিদ্যালয়ের পদার্থবিদ্যা কোর্সের প্রথম দিকেই সম্বোধন করা হয় এবং বেশিরভাগ লোকের কাছে এটি কোনও গোপন বিষয় নয়। আরেকটি বিষয় হল এর গুরুত্ব এবং বাস্তব প্রয়োগ। এই প্রক্রিয়াটি বিভিন্ন শিল্পে দুর্দান্ত সুবিধার সাথে ব্যবহৃত হয় এবং বাড়ির কারিগরের জন্য দরকারী হতে পারে।
বিষয়বস্তু
তড়িৎ বিশ্লেষণ কি?
ইলেক্ট্রোলাইসিস হল ইলেক্ট্রোড এবং ইলেক্ট্রোলাইটের একটি সিস্টেমে নির্দিষ্ট প্রক্রিয়াগুলির একটি জটিল যখন এটির মধ্য দিয়ে সরাসরি বৈদ্যুতিক প্রবাহ প্রবাহিত হয়। এর প্রক্রিয়াটি একটি আয়নিক কারেন্টের প্রজন্মের উপর ভিত্তি করে। ইলেক্ট্রোলাইট হল একটি টাইপ 2 কন্ডাক্টর (আয়নিক পরিবাহিতা) যেখানে ইলেক্ট্রোলাইটিক বিচ্ছিন্নতা ঘটে। এতে পজিটিভ (ধনাত্মক) সহ আয়নগুলিতে পচন জড়িতcation) এবং নেতিবাচক (anion) চার্জ।
একটি ইলেক্ট্রোলাইটিক সিস্টেমে অগত্যা একটি ইতিবাচক থাকে (অ্যানোড) এবং একটি নেতিবাচক (ক্যাথোড) ইলেক্ট্রোড। যখন একটি সরাসরি বৈদ্যুতিক প্রবাহ প্রয়োগ করা হয়, তখন ক্যাশনগুলি ক্যাথোডের দিকে যেতে শুরু করে এবং অ্যানিয়নগুলি অ্যানোডের দিকে চলে যায়।ক্যাটেশনগুলি প্রধানত ধাতব আয়ন এবং হাইড্রোজেন এবং অ্যানিয়নগুলি অক্সিজেন এবং ক্লোরিন। ক্যাথোডে, ক্যাটেশনগুলি অতিরিক্ত ইলেকট্রনগুলিকে নিজেদের সাথে সংযুক্ত করে, যার ফলে হ্রাস প্রতিক্রিয়া Men+ + ne → Me (যেখানে n হল ধাতুর ভ্যালেন্স) অ্যানোডে, বিপরীতে, অক্সিডেটিভ বিক্রিয়া ঘটলে অ্যানিয়ন থেকে ইলেকট্রন ছেড়ে দেওয়া হয়।
এইভাবে, সিস্টেমে রেডক্স প্রক্রিয়া নিশ্চিত করা হয়। এটা মনে রাখা গুরুত্বপূর্ণ যে এটি ঘটতে, উপযুক্ত শক্তি প্রয়োজন। এটি একটি বহিরাগত বর্তমান উৎস দ্বারা প্রদান করা আবশ্যক.
ফ্যারাডে এর তড়িৎ বিশ্লেষণের নিয়ম
মহান পদার্থবিজ্ঞানী এম. ফ্যারাডে, তার গবেষণার মাধ্যমে, কেবল তড়িৎ বিশ্লেষণের প্রকৃতি বোঝাই নয়, এর বাস্তবায়নের জন্য প্রয়োজনীয় গণনা করাও সম্ভব করে তোলেন। 1832 সালে তার আইন উপস্থিত হয়েছিল, যা ঘটে যাওয়া প্রক্রিয়াগুলির প্রধান পরামিতিগুলিকে সংযুক্ত করে।
প্রথম আইন
ফ্যারাডে-র প্রথম আইন বলে যে অ্যানোডে কমানো পদার্থের ভর ইলেক্ট্রোলাইটে প্রবর্তিত বৈদ্যুতিক চার্জের সরাসরি সমানুপাতিক: m = kq = k*I*t, যেখানে q হল চার্জ, k হল এর সহগ বা তড়িৎ রাসায়নিক সমতুল্য পদার্থ, আমি ইলেক্ট্রোলাইটের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত কারেন্ট, টি হল কারেন্ট প্রবাহের সময়।
দ্বিতীয় আইন
ফ্যারাডে এর দ্বিতীয় আইন অনুপাত k এর সহগ নির্ণয় করা সম্ভব করেছে। এটি নিম্নরূপ: যে কোনো পদার্থের তড়িৎ রাসায়নিক সমতুল্য তার মোলার ভরের সাথে সরাসরি সমানুপাতিক এবং এর ভ্যালেন্সের বিপরীতভাবে সমানুপাতিক। আইনটি এভাবে প্রকাশ করা হয়:
k = 1/F*A/zযেখানে F হল ফ্যারাডে এর ধ্রুবক, A হল পদার্থের মোলার ভর, z হল এর রাসায়নিক ভ্যালেন্স।
উভয় আইনকে বিবেচনায় নিয়ে, আমরা ইলেক্ট্রোডে জমা হওয়া পদার্থের ভর গণনা করার জন্য চূড়ান্ত সূত্রটি বের করতে পারি: m = A*I*t/(n*F)যেখানে n হল তড়িৎ বিশ্লেষণে জড়িত ইলেকট্রনের সংখ্যা। সাধারণত n আয়নের চার্জের সাথে মিলে যায়।একটি ব্যবহারিক দৃষ্টিকোণ থেকে, পদার্থের ভরকে বর্তমান সরবরাহের সাথে সম্পর্কিত করা গুরুত্বপূর্ণ, যা এর শক্তি পরিবর্তন করে প্রক্রিয়াটিকে নিয়ন্ত্রণ করা সম্ভব করে।
গলে ইলেক্ট্রোলাইসিস
ইলেক্ট্রোলাইসিসের জন্য একটি বিকল্প হল ইলেক্ট্রোলাইট হিসাবে গলিত ব্যবহার করা। এই ক্ষেত্রে, শুধুমাত্র গলিত আয়ন ইলেক্ট্রোলাইসিস প্রক্রিয়ায় জড়িত। একটি ক্লাসিক উদাহরণ হল লবণ গলানো NaCl এর তড়িৎ বিশ্লেষণ (নিমক) নেতিবাচক আয়নগুলি অ্যানোডের দিকে ধাবিত হয়, যার অর্থ গ্যাস নির্গত হয় (ক্ল) ক্যাথোডে ধাতব হ্রাস হবে, অর্থাৎ ধনাত্মক আয়ন থেকে গঠিত বিশুদ্ধ Na এর নিষ্পত্তি যা অতিরিক্ত ইলেকট্রনকে আকর্ষণ করেছিল। একইভাবে, অন্যান্য ধাতু উত্পাদিত হতে পারে (কে, সিএ, লি, ইত্যাদি।) সংশ্লিষ্ট লবণ গলে যাওয়া থেকে।
গলে ইলেক্ট্রোলাইসিসের সময়, ইলেক্ট্রোডগুলি দ্রবীভূত হয় না তবে শুধুমাত্র একটি বর্তমান উত্স হিসাবে অংশগ্রহণ করে। ধাতু, গ্রাফাইট এবং কিছু অর্ধপরিবাহী তাদের তৈরিতে ব্যবহার করা যেতে পারে। এটি গুরুত্বপূর্ণ যে উপাদানটির পর্যাপ্ত পরিবাহিতা রয়েছে। সবচেয়ে সাধারণ উপকরণগুলির মধ্যে একটি হল তামা।
সমাধানে তড়িৎ বিশ্লেষণের বৈশিষ্ট্য
জলীয় দ্রবণে ইলেক্ট্রোলাইসিস গলে যাওয়া থেকে বেশ আলাদা। 3টি প্রতিযোগী প্রক্রিয়া রয়েছে: অক্সিজেনের মুক্তির সাথে জলের জারণ, অ্যানিয়নের অক্সিডেশন এবং ধাতুর অ্যানোডিক দ্রবীভূতকরণ। প্রক্রিয়াটিতে জলের আয়ন, ইলেক্ট্রোলাইট এবং অ্যানোড জড়িত। তদনুসারে, ক্যাথোডে হাইড্রোজেন, ইলেক্ট্রোলাইট ক্যাটেশন এবং অ্যানোড ধাতুর হ্রাস ঘটতে পারে।
এই প্রতিযোগিতামূলক প্রক্রিয়াগুলির ঘটতে সক্ষমতা সিস্টেমের বৈদ্যুতিক সম্ভাবনার উপর নির্ভর করে। শুধুমাত্র যে প্রক্রিয়াটির জন্য কম বাহ্যিক শক্তির প্রয়োজন হয় তা এগিয়ে যাবে। ফলস্বরূপ, ক্যাথোডে সর্বাধিক ইলেক্ট্রোড পটেনশিয়াল সহ ক্যাটেশনগুলি হ্রাস পাবে এবং সর্বনিম্ন সম্ভাবনাযুক্ত অ্যানিয়নগুলি অ্যানোডে জারিত হবে। হাইড্রোজেনের ইলেক্ট্রোড সম্ভাব্য "0" হিসাবে নেওয়া হয়। উদাহরণস্বরূপ, পটাসিয়ামে এটি সমান (-2,93 বি), সোডিয়াম সমান (-2,71 В), সীসা (-0,13 В), এবং রূপার জন্য - (+0,8 বি).
গ্যাসে ইলেক্ট্রোলাইসিস
একটি গ্যাস শুধুমাত্র একটি ionizer উপস্থিতিতে একটি ইলেক্ট্রোলাইটের ভূমিকা পালন করতে পারে। এই ক্ষেত্রে, আয়নিত মাধ্যমের মধ্য দিয়ে যাওয়া একটি কারেন্ট ইলেক্ট্রোডগুলিতে প্রয়োজনীয় প্রক্রিয়া ঘটায়। ফ্যারাডে এর আইন গ্যাস ইলেক্ট্রোলাইসিসের ক্ষেত্রে প্রযোজ্য নয়। এর উপলব্ধির জন্য এই ধরনের শর্তগুলি প্রয়োজনীয়:
- গ্যাসের কৃত্রিম আয়নকরণ ছাড়া, উচ্চ ভোল্টেজ বা উচ্চ প্রবাহ কোনটাই সাহায্য করবে না।
- বায়বীয় অবস্থায় শুধুমাত্র অক্সিজেন-মুক্ত অ্যাসিড এবং কিছু গ্যাস ইলেক্ট্রোলাইসিসের জন্য উপযুক্ত।
গুরুত্বপূর্ণ ! যদি প্রয়োজনীয় শর্তগুলি পূরণ করা হয়, প্রক্রিয়াটি তরল ইলেক্ট্রোলাইটে তড়িৎ বিশ্লেষণের অনুরূপভাবে এগিয়ে যায়।
ক্যাথোড এবং অ্যানোডে ঘটমান প্রক্রিয়ার বিশেষত্ব
ইলেক্ট্রোলাইসিসের ব্যবহারিক প্রয়োগের জন্য, বৈদ্যুতিক প্রবাহ প্রয়োগ করা হলে উভয় ইলেক্ট্রোডে কী ঘটে তা বোঝা গুরুত্বপূর্ণ। নিম্নলিখিত প্রক্রিয়াগুলি বৈশিষ্ট্যযুক্ত:
- ক্যাথোড। ধনাত্মক চার্জযুক্ত আয়নগুলি এর দিকে ধাবিত হয়। এখানেই ধাতুর হ্রাস বা হাইড্রোজেন নিঃসরণ ঘটে। ধাতুর বিভিন্ন শ্রেণীকে তাদের ক্যাটানিক ক্রিয়াকলাপ অনুসারে আলাদা করা যেতে পারে। Li, K, Ba, St, Ca, Na, Mg, Be, Al এর মতো ধাতুগুলি শুধুমাত্র গলিত লবণ থেকে ভালভাবে হ্রাস পায়। যদি একটি দ্রবণ ব্যবহার করা হয়, জলের তড়িৎ বিশ্লেষণের কারণে হাইড্রোজেন নির্গত হয়। দ্রবণে হ্রাস প্রদান করা সম্ভব, তবে পর্যাপ্ত ঘনত্বের সাথে, নিম্নলিখিত ধাতুগুলিতে - Mn, Cr, Zn, Fe, Cd, Ni, Ti, Co, Mo, Sn, Pb। Ag, Cu, Bi, Pt, Au, Hg এর জন্য প্রক্রিয়াটি সবচেয়ে সহজ।
- অ্যানোড। এই ইলেক্ট্রোডে ঋণাত্মক চার্জযুক্ত আয়ন আসে। তাদের অক্সিডাইজ করে, তারা ধাতু থেকে ইলেক্ট্রনগুলিকে দূরে নিয়ে যায়, যা তাদের অ্যানোডিক দ্রবীভূত করার দিকে নিয়ে যায়, অর্থাৎ অ্যানিয়নগুলি ধনাত্মক চার্জযুক্ত আয়নে রূপান্তরিত হয়, যা ক্যাথোডের দিকে পরিচালিত হয়। Anions তাদের কার্যকলাপ অনুযায়ী উপবিভক্ত করা হয়. শুধুমাত্র PO4, CO3, SO4, NO3, NO2, ClO4, F অ্যানিয়নগুলি গলে যেতে পারে। জলীয় দ্রবণে, তারা ইলেক্ট্রোলাইসিসের শিকার হয় না, তবে অক্সিজেন মুক্তির সাথে জল। অ্যানয়ন যেমন OH, Cl, I, S, Br খুব সহজে বিক্রিয়া করে।
ইলেক্ট্রোলাইসিস প্রদান করার সময়, ইলেক্ট্রোড উপাদানের অক্সিডাইজ করার প্রবণতা বিবেচনা করা গুরুত্বপূর্ণ। এই ক্ষেত্রে, জড় এবং সক্রিয় অ্যানোডগুলিকে আলাদা করা হয়। জড় ইলেক্ট্রোডগুলি গ্রাফাইট, কয়লা বা প্ল্যাটিনাম দিয়ে তৈরি এবং আয়ন সরবরাহের সাথে জড়িত নয়।
ইলেক্ট্রোলাইসিস প্রক্রিয়া প্রভাবিত ফ্যাক্টর
ইলেক্ট্রোলাইসিস প্রক্রিয়া নিম্নলিখিত কারণগুলির উপর নির্ভর করে:
- ইলেক্ট্রোলাইটের গঠন. একটি উল্লেখযোগ্য প্রভাব বিভিন্ন অমেধ্য দ্বারা প্রয়োগ করা হয়। এগুলি 3 প্রকারে বিভক্ত - ক্যাটেশন, অ্যানিয়ন এবং জৈব। পদার্থগুলি বেস ধাতুর চেয়ে কম বা কম নেতিবাচক হতে পারে, যা প্রক্রিয়াতে হস্তক্ষেপ করে। জৈব অমেধ্যগুলির মধ্যে রয়েছে দূষক (যেমন তেল) এবং সার্ফ্যাক্ট্যান্ট। তাদের ঘনত্বের সীমা মান আছে।
- বর্তমান ঘনত্ব. ফ্যারাডে এর আইন অনুসারে, বর্তমান শক্তি বৃদ্ধির সাথে সাথে জমাকৃত পদার্থের ভর বৃদ্ধি পায়। যাইহোক, প্রতিকূল পরিস্থিতি দেখা দেয় - ঘনীভূত মেরুকরণ, বর্ধিত ভোল্টেজ, ইলেক্ট্রোলাইটের তীব্র গরম। এটি মাথায় রেখে, প্রতিটি ক্ষেত্রে বর্তমান ঘনত্বের সর্বোত্তম মান রয়েছে।
- ইলেক্ট্রোলাইটের pH. মাধ্যমটির অম্লতাও ধাতুগুলিকে মাথায় রেখে বেছে নেওয়া হয়। উদাহরণস্বরূপ, জিঙ্কের জন্য ইলেক্ট্রোলাইটের অম্লতার সর্বোত্তম মান হল 140 গ্রাম/সিসি।
- ইলেক্ট্রোলাইট তাপমাত্রা. এটি একটি অস্পষ্ট প্রভাব আছে. তাপমাত্রা বাড়ার সাথে সাথে ইলেক্ট্রোলাইসিসের হার বাড়ে, তবে অমেধ্যের কার্যকলাপও বাড়ে। প্রতিটি প্রক্রিয়ার জন্য একটি সর্বোত্তম তাপমাত্রা আছে। এটি সাধারণত 38-45 ডিগ্রির মধ্যে থাকে।
গুরুত্বপূর্ণ ! ইলেক্ট্রোলাইসিস বিভিন্ন প্রভাব এবং ইলেক্ট্রোলাইট রচনার পছন্দ দ্বারা ত্বরান্বিত বা ধীর হতে পারে। প্রতিটি অ্যাপ্লিকেশনের নিজস্ব মোড আছে, যা কঠোরভাবে পালন করা উচিত।
ইলেক্ট্রোলাইসিস কোথায় ব্যবহৃত হয়?
ইলেক্ট্রোলাইসিস অনেক অ্যাপ্লিকেশনে ব্যবহৃত হয়। ব্যবহারিক ফলাফলের জন্য বেশ কয়েকটি প্রধান ব্যবহার চিহ্নিত করা যেতে পারে।
ইলেক্ট্রোপ্লেটিং
ধাতুর একটি পাতলা, টেকসই গ্যালভানিক আবরণ ইলেক্ট্রোলাইসিস দ্বারা প্রয়োগ করা যেতে পারে।প্রলেপ দেওয়া আইটেমটি একটি ক্যাথোড হিসাবে একটি স্নানে স্থাপন করা হয় এবং ইলেক্ট্রোলাইটে পছন্দসই ধাতুর লবণ থাকে। এভাবেই ইস্পাতকে জিঙ্ক, ক্রোমিয়াম বা টিনের প্রলেপ দেওয়া যায়।
ইলেক্ট্রোট্রিটমেন্ট - তামা পরিশোধন
বৈদ্যুতিক পরিশোধনের একটি উদাহরণ হল এই বিকল্পটি: ক্যাথোড - খাঁটি তামা, অ্যানোড - অমেধ্য সহ তামা, ইলেক্ট্রোলাইট - কপার সালফেটের জলীয় দ্রবণ। অ্যানোড থেকে কপার আয়নে পরিণত হয় এবং অমেধ্য ছাড়াই ক্যাথোডে জমা হয়।
ধাতু নিষ্কাশন.
লবণ থেকে ধাতু পেতে, তারা একটি গলিত মধ্যে স্থানান্তরিত হয় এবং তারপর ইলেক্ট্রোলাইসিস প্রদান করা হয়. এই পদ্ধতিটি বক্সাইট, সোডিয়াম এবং পটাসিয়াম থেকে অ্যালুমিনিয়াম পাওয়ার জন্য বেশ কার্যকর।
অ্যানোডাইজিং
এই প্রক্রিয়ায়, আবরণটি অধাতু যৌগ থেকে তৈরি করা হয়। ক্লাসিক উদাহরণ হল অ্যালুমিনিয়াম অ্যানোডাইজিং। অ্যালুমিনিয়াম অংশটি একটি অ্যানোডের মতো মাউন্ট করা হয়। ইলেক্ট্রোলাইট হল সালফিউরিক অ্যাসিডের দ্রবণ। ইলেক্ট্রোলাইসিসের ফলস্বরূপ, অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইডের একটি স্তর অ্যানোডে জমা হয়, যার প্রতিরক্ষামূলক এবং আলংকারিক বৈশিষ্ট্য রয়েছে। এই প্রযুক্তিগুলি বিভিন্ন শিল্পে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। নিরাপদ পদ্ধতিতে আপনার নিজের হাতে প্রক্রিয়াগুলি চালানোও সম্ভব।
শক্তি খরচ
ইলেক্ট্রোলাইসিসের জন্য প্রচুর শক্তির প্রয়োজন হয়। অ্যানোডিক কারেন্ট যথেষ্ট হলে প্রক্রিয়াটি ব্যবহারিক মূল্যের হবে এবং এর জন্য বৈদ্যুতিক শক্তির উৎস থেকে যথেষ্ট প্রত্যক্ষ প্রবাহ প্রয়োগ করা প্রয়োজন। উপরন্তু, এটি পার্শ্ব ভোল্টেজ ক্ষয় সৃষ্টি করে - অ্যানোডিক এবং ক্যাথোডিক ওভারভোল্টেজ, এর প্রতিরোধের কারণে ইলেক্ট্রোলাইটের ক্ষতি। প্রাপ্ত পদার্থের দরকারী ভরের এককের সাথে শক্তি ইনপুটের শক্তি সম্পর্কিত দ্বারা উদ্ভিদের কার্যকারিতা নির্ধারণ করা হয়।
ইলেক্ট্রোলাইসিস দীর্ঘদিন ধরে উচ্চ দক্ষতার সাথে শিল্পে ব্যবহৃত হয়েছে। অ্যানোডাইজিং এবং ইলেক্ট্রোপ্লেটিং দৈনন্দিন জীবনে সাধারণ হয়ে উঠেছে, এবং খনি এবং উপকরণের উপকারিতা আকরিক থেকে অনেক ধাতু নিষ্কাশন করতে সহায়তা করে।প্রক্রিয়াটির প্রাথমিক নিদর্শনগুলি জেনে পরিকল্পনা করা এবং গণনা করা যেতে পারে।
সম্পরকিত প্রবন্ধ:
