વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ શું છે અને તેનો ઉપયોગ ક્યાં થાય છે?

વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ શું છે તે પ્રશ્ન ઉચ્ચ શાળાના ભૌતિકશાસ્ત્રના અભ્યાસક્રમની શરૂઆતમાં જ સંબોધવામાં આવે છે, અને મોટાભાગના લોકો માટે તે કોઈ રહસ્ય નથી. બીજી વસ્તુ તેનું મહત્વ અને વ્યવહારુ ઉપયોગ છે. આ પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ વિવિધ ઉદ્યોગોમાં ખૂબ ફાયદા સાથે થાય છે અને ઘરના કારીગર માટે ઉપયોગી થઈ શકે છે.

વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ શું છે?

વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ એ ઇલેક્ટ્રોડ્સ અને ઇલેક્ટ્રોલાઇટની સિસ્ટમમાં ચોક્કસ પ્રક્રિયાઓનું એક જટિલ છે જ્યારે તેમાંથી સીધો વિદ્યુત પ્રવાહ વહે છે. તેની પદ્ધતિ આયનીય પ્રવાહના ઉત્પાદન પર આધારિત છે. ઇલેક્ટ્રોલાઇટ એક પ્રકાર 2 વાહક છે (આયનીય વાહકતા) જેમાં ઇલેક્ટ્રોલિટીક વિયોજન થાય છે. તેમાં ધન સાથે આયનોમાં વિઘટન સામેલ છે (cation) અને નકારાત્મક (anion) ચાર્જ.

ઇલેક્ટ્રોલિટીક સિસ્ટમમાં આવશ્યકપણે હકારાત્મક (એનોડ) અને નકારાત્મક (કેથોડ) ઇલેક્ટ્રોડ. જ્યારે સીધો વિદ્યુત પ્રવાહ લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે કેશન્સ કેથોડ તરફ જવાનું શરૂ કરે છે અને આયનો એનોડ તરફ જાય છે.કેશન્સ મુખ્યત્વે ધાતુના આયનો અને હાઇડ્રોજન છે, અને આયન ઓક્સિજન અને ક્લોરિન છે. કેથોડ પર, કેશન્સ વધારાના ઇલેક્ટ્રોનને પોતાની સાથે જોડે છે, જેનાથી ઘટાડો પ્રતિક્રિયા Men+ + ne → Me (જ્યાં n એ ધાતુની સંયોજકતા છે). એનોડ પર, તેનાથી વિપરિત, ઓક્સિડેટીવ પ્રતિક્રિયા સાથે આયનમાંથી ઇલેક્ટ્રોન છોડવામાં આવે છે.

આમ, સિસ્ટમમાં રેડોક્સ પ્રક્રિયા સુનિશ્ચિત થાય છે. તે ધ્યાનમાં રાખવું અગત્યનું છે કે તે થવા માટે, યોગ્ય ઉર્જા જરૂરી છે. તે બાહ્ય વર્તમાન સ્ત્રોત દ્વારા પ્રદાન કરવું આવશ્યક છે.

વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણના ફેરાડેના નિયમો

મહાન ભૌતિકશાસ્ત્રી એમ. ફેરાડે, તેમના સંશોધન દ્વારા, માત્ર વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણની પ્રકૃતિને સમજવા માટે જ નહીં, પરંતુ તેના અમલીકરણ માટે જરૂરી ગણતરીઓ કરવાનું પણ શક્ય બનાવ્યું. 1832 માં તેના કાયદાઓ દેખાયા, જે થઈ રહેલી પ્રક્રિયાઓના મુખ્ય પરિમાણોને જોડે છે.

પ્રથમ કાયદો

ફેરાડેનો પ્રથમ કાયદો જણાવે છે કે એનોડ પર ઘટેલા પદાર્થનું દળ ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં પ્રેરિત ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જના સીધા પ્રમાણસર છે: m = kq = k*I*t, જ્યાં q એ ચાર્જ છે, k એ ગુણાંક અથવા ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ સમકક્ષ છે પદાર્થ, I એ ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાંથી વહેતો પ્રવાહ છે, ટી વર્તમાન પ્રવાહનો સમય છે.

બીજો કાયદો

ફેરાડેના બીજા કાયદાએ પ્રમાણસરતા k નો ગુણાંક નક્કી કરવાનું શક્ય બનાવ્યું. તે નીચે પ્રમાણે વાંચે છે: કોઈપણ પદાર્થની વિદ્યુતરાસાયણિક સમકક્ષ તેના દાઢ સમૂહના સીધા પ્રમાણસર હોય છે અને તેની સંયોજકતા સાથે વિપરિત પ્રમાણમાં હોય છે. કાયદો આ રીતે વ્યક્ત થાય છે:

k = 1/F*A/zજ્યાં F એ ફેરાડેનું સ્થિરાંક છે, A એ પદાર્થનો દાઢ સમૂહ છે, z એ તેનું રાસાયણિક સંયોજક છે.

બંને કાયદાઓને ધ્યાનમાં લેતા, અમે ઇલેક્ટ્રોડ પર જમા થયેલ પદાર્થના સમૂહની ગણતરી માટે અંતિમ સૂત્ર મેળવી શકીએ છીએ: m = A*I*t/(n*F)જ્યાં n એ વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણમાં સામેલ ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા છે. સામાન્ય રીતે n આયનના ચાર્જને અનુલક્ષે છે.વ્યવહારિક દૃષ્ટિકોણથી, પદાર્થના જથ્થાને પૂરા પાડવામાં આવેલ વર્તમાન સાથે સંબંધિત કરવું મહત્વપૂર્ણ છે, જે તેની શક્તિને બદલીને પ્રક્રિયાને નિયંત્રિત કરવાનું શક્ય બનાવે છે.

મેલ્ટ્સનું વિદ્યુત વિચ્છેદન

વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ માટેનો એક વિકલ્પ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ તરીકે મેલ્ટનો ઉપયોગ કરવાનો છે. આ કિસ્સામાં, વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ પ્રક્રિયામાં માત્ર ઓગળેલા આયનો જ સામેલ છે. એક ઉત્તમ ઉદાહરણ મીઠું ઓગળેલા NaCl (ટેબલ મીઠું). નકારાત્મક આયનો એનોડ તરફ ધસી આવે છે, જેનો અર્થ છે કે ગેસ છૂટી જાય છે (Cl). કેથોડ પર ધાતુમાં ઘટાડો થશે, એટલે કે વધુ પડતા ઈલેક્ટ્રોનને આકર્ષિત કરતા ધન આયનોમાંથી બનેલા શુદ્ધ Naનું સમાધાન. તેવી જ રીતે, અન્ય ધાતુઓ ઉત્પન્ન કરી શકાય છે (K, Ca, Li, વગેરે.) સંબંધિત ક્ષારના ઓગળવાથી.

મેલ્ટમાં વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ દરમિયાન, ઇલેક્ટ્રોડ્સ ઓગળેલા નથી પરંતુ માત્ર વર્તમાન સ્ત્રોત તરીકે ભાગ લે છે. મેટલ, ગ્રેફાઇટ અને કેટલાક સેમિકન્ડક્ટરનો તેમના ઉત્પાદનમાં ઉપયોગ કરી શકાય છે. તે મહત્વનું છે કે સામગ્રીમાં પૂરતી વાહકતા છે. સૌથી સામાન્ય સામગ્રીમાંની એક તાંબુ છે.

ઉકેલોમાં વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણની સુવિધાઓ

જલીય દ્રાવણમાં વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ મેલ્ટ કરતા તદ્દન અલગ છે. ત્યાં 3 સ્પર્ધાત્મક પ્રક્રિયાઓ છે: ઓક્સિજનના પ્રકાશન સાથે પાણીનું ઓક્સિડેશન, આયનનું ઓક્સિડેશન અને ધાતુનું એનોડિક વિસર્જન. પ્રક્રિયામાં પાણીના આયનો, ઇલેક્ટ્રોલાઇટ અને એનોડનો સમાવેશ થાય છે. તદનુસાર, કેથોડ પર હાઇડ્રોજન, ઇલેક્ટ્રોલાઇટ કેશન અને એનોડ મેટલનો ઘટાડો થઈ શકે છે.

આ સ્પર્ધાત્મક પ્રક્રિયાઓ થવાની ક્ષમતા સિસ્ટમની વિદ્યુત સંભવિતતા પર આધારિત છે. માત્ર તે પ્રક્રિયા કે જેને ઓછી બાહ્ય ઊર્જાની જરૂર હોય તે જ આગળ વધશે. પરિણામે, કેથોડ પર મહત્તમ ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિત સાથેના કેશન્સ ઘટાડવામાં આવશે, અને સૌથી ઓછી સંભવિતતાવાળા આયનોને એનોડ પર ઓક્સિડાઇઝ કરવામાં આવશે. હાઇડ્રોજનના ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિતને "0" તરીકે લેવામાં આવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, પોટેશિયમમાં તે બરાબર છે (-2,93 વી), સોડિયમ બરાબર છે (-2,71 વી), લીડ (-0,13 વી), અને ચાંદી માટે - (+0,8 વી).

વાયુઓમાં ઇલેક્ટ્રોલિસિસ

આયનાઇઝરની હાજરીમાં જ ગેસ ઇલેક્ટ્રોલાઇટની ભૂમિકા ભજવી શકે છે. આ કિસ્સામાં, આયનાઇઝ્ડ માધ્યમમાંથી પસાર થતો પ્રવાહ ઇલેક્ટ્રોડ્સ પર જરૂરી પ્રક્રિયાનું કારણ બને છે. ફેરાડેના નિયમો ગેસ વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ પર લાગુ પડતા નથી. તેની અનુભૂતિ માટે આવી શરતો જરૂરી છે:

1. ગેસના કૃત્રિમ આયનીકરણ વિના, ન તો ઉચ્ચ વોલ્ટેજ કે ઉચ્ચ પ્રવાહ મદદ કરશે.
2. વાયુયુક્ત સ્થિતિમાં માત્ર ઓક્સિજન-મુક્ત એસિડ અને કેટલાક વાયુઓ વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ માટે યોગ્ય છે.

મહત્વપૂર્ણ! જો જરૂરી શરતો પૂર્ણ થાય, તો પ્રક્રિયા પ્રવાહી ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણની જેમ જ આગળ વધે છે.

કેથોડ અને એનોડ પર થતી પ્રક્રિયાઓની વિચિત્રતા

વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણના વ્યવહારુ ઉપયોગ માટે, જ્યારે વિદ્યુત પ્રવાહ લાગુ કરવામાં આવે ત્યારે બંને ઇલેક્ટ્રોડ પર શું થાય છે તે સમજવું મહત્વપૂર્ણ છે. નીચેની પ્રક્રિયાઓ લાક્ષણિકતા છે:

1. કેથોડ. હકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ આયનો તેની તરફ ધસી આવે છે. આ તે છે જ્યાં ધાતુઓમાં ઘટાડો અથવા હાઇડ્રોજનનું પ્રકાશન થાય છે. ધાતુઓની કેટલીક શ્રેણીઓ તેમની કેશનિક પ્રવૃત્તિ અનુસાર અલગ કરી શકાય છે. Li, K, Ba, St, Ca, Na, Mg, Be, Al જેવી ધાતુઓ માત્ર પીગળેલા ક્ષારમાંથી સારી રીતે ઓછી થાય છે. જો સોલ્યુશનનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, તો પાણીના વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણને કારણે હાઇડ્રોજન છોડવામાં આવે છે. નીચેની ધાતુઓમાં - Mn, Cr, Zn, Fe, Cd, Ni, Ti, Co, Mo, Sn, Pb. Ag, Cu, Bi, Pt, Au, Hg માટે પ્રક્રિયા સૌથી સરળ છે.
2. એનોડ. આ ઇલેક્ટ્રોડ પર નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ આયનો આવે છે. તેમને ઓક્સિડાઇઝ કરીને, તેઓ ધાતુમાંથી ઇલેક્ટ્રોનને દૂર લઈ જાય છે, જે તેમના એનોડિક વિસર્જન તરફ દોરી જાય છે, એટલે કે આયનોને હકારાત્મક ચાર્જ આયનોમાં રૂપાંતરિત કરવામાં આવે છે, જે કેથોડ તરફ નિર્દેશિત થાય છે. આયનોને તેમની પ્રવૃત્તિ અનુસાર પેટાવિભાજિત પણ કરવામાં આવે છે. માત્ર PO4, CO3, SO4, NO3, NO2, ClO4, F આયનોને ઓગળવામાંથી છૂટા કરી શકાય છે. જલીય દ્રાવણમાં, તેઓ વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણને આધિન નથી, પરંતુ ઓક્સિજનના પ્રકાશન સાથે પાણી. OH, Cl, I, S, Br જેવા આયનો સૌથી સહેલાઈથી પ્રતિક્રિયા આપે છે.

વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ પ્રદાન કરતી વખતે, ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રીના ઓક્સિડાઇઝ કરવાની વલણને ધ્યાનમાં લેવું મહત્વપૂર્ણ છે. આ સંદર્ભમાં, નિષ્ક્રિય અને સક્રિય એનોડ્સને અલગ પાડવામાં આવે છે. નિષ્ક્રિય ઇલેક્ટ્રોડ ગ્રેફાઇટ, કોલસો અથવા પ્લેટિનમના બનેલા છે અને આયનોના પુરવઠામાં સામેલ નથી.

વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ પ્રક્રિયાને અસર કરતા પરિબળો

વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ પ્રક્રિયા નીચેના પરિબળો પર આધારિત છે:

1. ઇલેક્ટ્રોલાઇટની રચના. વિવિધ અશુદ્ધિઓ દ્વારા નોંધપાત્ર પ્રભાવ પાડવામાં આવે છે. તેઓ 3 પ્રકારોમાં વહેંચાયેલા છે - કેશન, આયન અને ઓર્ગેનિક્સ. પદાર્થો બેઝ મેટલ કરતાં વધુ કે ઓછા નકારાત્મક હોઈ શકે છે, જે પ્રક્રિયામાં દખલ કરે છે. કાર્બનિક અશુદ્ધિઓમાં દૂષકો (દા.ત. તેલ) અને સર્ફેક્ટન્ટ્સ છે. તેમની સાંદ્રતામાં મર્યાદા મૂલ્યો હોય છે.
2. વર્તમાન ઘનતા. ફેરાડેના કાયદા અનુસાર, જમા કરાયેલા પદાર્થનું દળ વધતું જાય છે કારણ કે વર્તમાન તાકાત વધે છે. જો કે, બિનતરફેણકારી સંજોગો ઉભા થાય છે - કેન્દ્રિત ધ્રુવીકરણ, વોલ્ટેજમાં વધારો, ઇલેક્ટ્રોલાઇટની તીવ્ર ગરમી. આને ધ્યાનમાં રાખીને, દરેક કેસ માટે વર્તમાન ઘનતાના શ્રેષ્ઠ મૂલ્યો છે.
3. ઇલેક્ટ્રોલાઇટનું pH. માધ્યમની એસિડિટી પણ ધાતુઓને ધ્યાનમાં રાખીને પસંદ કરવામાં આવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, ઝીંક માટે ઇલેક્ટ્રોલાઇટની એસિડિટીનું મહત્તમ મૂલ્ય 140 g/cc છે.
4. ઇલેક્ટ્રોલાઇટ તાપમાન. તેની અસ્પષ્ટ અસર છે. જેમ જેમ તાપમાન વધે છે તેમ, વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણનો દર વધે છે, પરંતુ અશુદ્ધિઓની પ્રવૃત્તિ પણ વધે છે. દરેક પ્રક્રિયા માટે મહત્તમ તાપમાન હોય છે. તે સામાન્ય રીતે 38-45 ડિગ્રી વચ્ચે હોય છે.

મહત્વપૂર્ણ! વિવિધ પ્રભાવો અને ઇલેક્ટ્રોલાઇટ રચનાની પસંદગી દ્વારા વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણને ઝડપી અથવા ધીમી કરી શકાય છે. દરેક એપ્લિકેશનનો પોતાનો મોડ હોય છે, જેનું સખત રીતે અવલોકન કરવું જોઈએ.

વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ ક્યાં વપરાય છે?

ઇલેક્ટ્રોલિસિસનો ઉપયોગ ઘણા કાર્યક્રમોમાં થાય છે. વ્યવહારિક પરિણામો માટે કેટલાક મુખ્ય ઉપયોગો ઓળખી શકાય છે.

ઇલેક્ટ્રોપ્લેટિંગ

ધાતુના પાતળા, ટકાઉ ગેલ્વેનિક કોટિંગને વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ દ્વારા લાગુ કરી શકાય છે.કોટેડ કરવાની વસ્તુને કેથોડ તરીકે સ્નાનમાં મૂકવામાં આવે છે, અને ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં ઇચ્છિત ધાતુનું મીઠું હોય છે. આ રીતે સ્ટીલને ઝીંક, ક્રોમિયમ અથવા ટીન સાથે પ્લેટેડ કરી શકાય છે.

ઇલેક્ટ્રોટ્રીટમેન્ટ - રિફાઇનિંગ કોપર

ઇલેક્ટ્રિક રિફાઇનિંગનું ઉદાહરણ આ વિકલ્પ છે: કેથોડ - શુદ્ધ તાંબુ, એનોડ - અશુદ્ધિઓ સાથે તાંબુ, ઇલેક્ટ્રોલાઇટ - કોપર સલ્ફેટનું જલીય દ્રાવણ. એનોડમાંથી કોપર આયનોમાં ફેરવાય છે અને અશુદ્ધિઓ વિના કેથોડમાં જમા થાય છે.

મેટલ નિષ્કર્ષણ.

ક્ષારમાંથી ધાતુઓ મેળવવા માટે, તેને મેલ્ટમાં સ્થાનાંતરિત કરવામાં આવે છે અને પછી તેમાં વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ પ્રદાન કરવામાં આવે છે. બોક્સાઈટ, સોડિયમ અને પોટેશિયમમાંથી એલ્યુમિનિયમ મેળવવા માટે આ પદ્ધતિ તદ્દન અસરકારક છે.

એનોડાઇઝિંગ

આ પ્રક્રિયામાં, કોટિંગ બિન-ધાતુ સંયોજનોમાંથી બનાવવામાં આવે છે. ઉત્તમ ઉદાહરણ એલ્યુમિનિયમ એનોડાઇઝિંગ છે. એલ્યુમિનિયમનો ભાગ એનોડની જેમ માઉન્ટ થયેલ છે. ઇલેક્ટ્રોલાઇટ એ સલ્ફ્યુરિક એસિડનું દ્રાવણ છે. વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણના પરિણામે, એલ્યુમિનિયમ ઓક્સાઇડનો એક સ્તર એનોડ પર જમા થાય છે, જે રક્ષણાત્મક અને સુશોભન ગુણધર્મો ધરાવે છે. આ તકનીકોનો વ્યાપકપણે વિવિધ ઉદ્યોગોમાં ઉપયોગ થાય છે. તમારા પોતાના હાથથી પ્રક્રિયાઓને સુરક્ષિત રીતે હાથ ધરવાનું પણ શક્ય છે.

ઊર્જા ખર્ચ

વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ માટે ઘણી ઊર્જાની જરૂર પડે છે. જો એનોડિક પ્રવાહ પૂરતો હોય તો પ્રક્રિયા વ્યવહારુ મૂલ્યની હશે, અને આ માટે ઇલેક્ટ્રિક પાવર સ્ત્રોતમાંથી નોંધપાત્ર સીધો પ્રવાહ લાગુ કરવો જરૂરી છે. વધુમાં, તે સાઇડ વોલ્ટેજ નુકશાન પેદા કરે છે - એનોડિક અને કેથોડિક ઓવરવોલ્ટેજ, તેના પ્રતિકારને કારણે ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં નુકસાન. છોડની કાર્યક્ષમતા ઊર્જા ઇનપુટની શક્તિને પ્રાપ્ત પદાર્થના ઉપયોગી સમૂહના એકમ સાથે સંબંધિત કરીને નક્કી કરવામાં આવે છે.

વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણનો લાંબા સમયથી ઉદ્યોગમાં ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા સાથે ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. રોજિંદા જીવનમાં એનોડાઇઝિંગ અને ઇલેક્ટ્રોપ્લેટિંગ સામાન્ય બની ગયા છે, અને સામગ્રીનું ખાણકામ અને લાભો અયસ્કમાંથી ઘણી ધાતુઓ કાઢવામાં મદદ કરે છે.પ્રક્રિયા તેના મૂળભૂત દાખલાઓને જાણીને આયોજન અને ગણતરી કરી શકાય છે.

સંબંધિત લેખો: