విద్యుద్విశ్లేషణ అంటే ఏమిటి మరియు అది ఎక్కడ ఉపయోగించబడుతుంది?

విద్యుద్విశ్లేషణ అంటే ఏమిటి అనే ప్రశ్న హైస్కూల్ ఫిజిక్స్ కోర్సు ప్రారంభంలోనే పరిష్కరించబడుతుంది మరియు చాలా మందికి రహస్యం కాదు. మరొక విషయం దాని ప్రాముఖ్యత మరియు ఆచరణాత్మక అప్లికేషన్. ఈ ప్రక్రియ వివిధ పరిశ్రమలలో గొప్ప ప్రయోజనంతో ఉపయోగించబడుతుంది మరియు గృహ హస్తకళాకారులకు ఉపయోగకరంగా ఉంటుంది.

విద్యుద్విశ్లేషణ అంటే ఏమిటి?

విద్యుద్విశ్లేషణ అనేది ఎలక్ట్రోడ్లు మరియు విద్యుద్విశ్లేషణల వ్యవస్థలో ప్రత్యక్ష విద్యుత్ ప్రవాహం దాని ద్వారా ప్రవహించినప్పుడు నిర్దిష్ట ప్రక్రియల సముదాయం. దీని మెకానిజం అయానిక్ కరెంట్ ఉత్పత్తిపై ఆధారపడి ఉంటుంది. ఎలక్ట్రోలైట్ ఒక రకం 2 కండక్టర్ (అయానిక్ వాహకత) దీనిలో విద్యుద్విశ్లేషణ విచ్ఛేదనం జరుగుతుంది. ఇది పాజిటివ్‌తో అయాన్‌లుగా కుళ్ళిపోవడాన్ని కలిగి ఉంటుంది (కేషన్) మరియు ప్రతికూల (అయాన్) ఆరోపణ.

విద్యుద్విశ్లేషణ వ్యవస్థ తప్పనిసరిగా సానుకూలతను కలిగి ఉంటుంది (యానోడ్) మరియు ప్రతికూల (కాథోడ్) ఎలక్ట్రోడ్. ప్రత్యక్ష విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని వర్తింపజేసినప్పుడు, కాటయాన్‌లు కాథోడ్ వైపు కదలడం ప్రారంభిస్తాయి మరియు యానోడ్ వైపు అయాన్లు కదులుతాయి.కాటయాన్‌లు ప్రధానంగా లోహ అయాన్లు మరియు హైడ్రోజన్, మరియు అయాన్లు ఆక్సిజన్ మరియు క్లోరిన్. కాథోడ్ వద్ద, కాటయాన్‌లు తమకు తాముగా అదనపు ఎలక్ట్రాన్‌లను అటాచ్ చేసుకుంటాయి, ఇది తగ్గింపు ప్రతిచర్యను అనుమతిస్తుంది Men+ + ne → Me (ఇక్కడ n అనేది లోహం యొక్క విలువ) యానోడ్ వద్ద, దీనికి విరుద్ధంగా, ఎలక్ట్రాన్లు ఆక్సీకరణ చర్యతో అయాన్ నుండి ఇవ్వబడతాయి.

అందువలన, రెడాక్స్ ప్రక్రియ వ్యవస్థలో నిర్ధారిస్తుంది. ఇది జరగడానికి, తగిన శక్తి అవసరమని గుర్తుంచుకోవడం ముఖ్యం. ఇది తప్పనిసరిగా బాహ్య ప్రస్తుత మూలం ద్వారా అందించబడాలి.

ఫారడే యొక్క విద్యుద్విశ్లేషణ నియమాలు

గొప్ప భౌతిక శాస్త్రవేత్త M. ఫెరడే, తన పరిశోధనల ద్వారా, విద్యుద్విశ్లేషణ యొక్క స్వభావాన్ని అర్థం చేసుకోవడమే కాకుండా, దాని అమలుకు అవసరమైన గణనలను తయారు చేయడం కూడా సాధ్యమైంది. 1832 లో అతని చట్టాలు కనిపించాయి, జరుగుతున్న ప్రక్రియల యొక్క ప్రధాన పారామితులను కలుపుతూ.

మొదటి చట్టం

యానోడ్‌పై తగ్గించబడిన పదార్ధం యొక్క ద్రవ్యరాశి ఎలక్ట్రోలైట్‌లో ప్రేరేపిత విద్యుత్ చార్జ్‌కు నేరుగా అనులోమానుపాతంలో ఉంటుందని ఫెరడే యొక్క మొదటి చట్టం పేర్కొంది: m = kq = k*I*t, ఇక్కడ q అనేది ఛార్జ్, k అనేది గుణకం లేదా ఎలక్ట్రోకెమికల్ సమానం పదార్ధం, I అనేది ఎలక్ట్రోలైట్ ద్వారా ప్రవహించే కరెంట్, t అనేది ప్రస్తుత ప్రవాహం యొక్క సమయం.

రెండవ చట్టం

ఫారడే యొక్క రెండవ చట్టం అనుపాతత k యొక్క గుణకాన్ని నిర్ణయించడం సాధ్యం చేసింది. ఇది క్రింది విధంగా చదువుతుంది: ఏదైనా పదార్ధం యొక్క ఎలెక్ట్రోకెమికల్ సమానమైనది దాని మోలార్ ద్రవ్యరాశికి నేరుగా అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది మరియు దాని విలువకు విలోమానుపాతంలో ఉంటుంది. చట్టం ఇలా వ్యక్తీకరించబడింది:

k = 1/F*A/zఇక్కడ F అనేది ఫెరడే యొక్క స్థిరాంకం, A అనేది పదార్ధం యొక్క మోలార్ ద్రవ్యరాశి, z అనేది దాని రసాయన విలువ.

రెండు చట్టాలను పరిగణనలోకి తీసుకుని, ఎలక్ట్రోడ్‌పై నిక్షిప్తం చేయబడిన పదార్ధం యొక్క ద్రవ్యరాశిని లెక్కించడానికి మేము తుది సూత్రాన్ని పొందవచ్చు: m = A*I*t/(n*F)ఇక్కడ n అనేది విద్యుద్విశ్లేషణలో పాల్గొన్న ఎలక్ట్రాన్ల సంఖ్య. సాధారణంగా n అయాన్ యొక్క ఛార్జ్‌కు అనుగుణంగా ఉంటుంది.ఆచరణాత్మక దృక్కోణం నుండి, పదార్థం యొక్క ద్రవ్యరాశిని సరఫరా చేయబడిన కరెంట్‌తో అనుసంధానించడం చాలా ముఖ్యం, ఇది దాని బలాన్ని మార్చడం ద్వారా ప్రక్రియను నియంత్రించడం సాధ్యం చేస్తుంది.

కరిగే విద్యుద్విశ్లేషణ

విద్యుద్విశ్లేషణ కోసం ఒక ఎంపికను ఎలక్ట్రోలైట్‌గా ఉపయోగించడం. ఈ సందర్భంలో, విద్యుద్విశ్లేషణ ప్రక్రియలో కరిగే అయాన్లు మాత్రమే పాల్గొంటాయి. ఉప్పు కరిగే NaCl యొక్క విద్యుద్విశ్లేషణ ఒక క్లాసిక్ ఉదాహరణ (టేబుల్ ఉప్పు) ప్రతికూల అయాన్లు యానోడ్ వైపు పరుగెత్తుతాయి, అంటే వాయువు విడుదల అవుతుంది (Cl) కాథోడ్ వద్ద మెటల్ తగ్గింపు ఉంటుంది, అనగా అదనపు ఎలక్ట్రాన్‌లను ఆకర్షించే సానుకూల అయాన్ల నుండి ఏర్పడిన స్వచ్ఛమైన Na స్థిరపడుతుంది. అదేవిధంగా, ఇతర లోహాలను ఉత్పత్తి చేయవచ్చు (K, Ca, Li, మొదలైనవి.) సంబంధిత లవణాల కరుగు నుండి.

మెల్ట్‌లో విద్యుద్విశ్లేషణ సమయంలో, ఎలక్ట్రోడ్లు కరిగిపోవు కానీ ప్రస్తుత మూలంగా మాత్రమే పాల్గొంటాయి. వాటి తయారీలో మెటల్, గ్రాఫైట్ మరియు కొన్ని సెమీకండక్టర్లను ఉపయోగించవచ్చు. పదార్థం తగినంత వాహకతను కలిగి ఉండటం ముఖ్యం. అత్యంత సాధారణ పదార్థాలలో ఒకటి రాగి.

పరిష్కారాలలో విద్యుద్విశ్లేషణ యొక్క లక్షణాలు

సజల ద్రావణంలో విద్యుద్విశ్లేషణ కరుగు నుండి చాలా భిన్నంగా ఉంటుంది. 3 పోటీ ప్రక్రియలు ఉన్నాయి: ఆక్సిజన్ విడుదలతో నీటి ఆక్సీకరణ, అయాన్ యొక్క ఆక్సీకరణ మరియు లోహం యొక్క అనోడిక్ రద్దు. ఈ ప్రక్రియలో నీటి అయాన్లు, ఎలక్ట్రోలైట్ మరియు యానోడ్ ఉంటాయి. దీని ప్రకారం, కాథోడ్ వద్ద హైడ్రోజన్, ఎలక్ట్రోలైట్ కాటయాన్స్ మరియు యానోడ్ మెటల్ తగ్గింపు సంభవించవచ్చు.

ఈ పోటీ ప్రక్రియల సామర్థ్యం వ్యవస్థ యొక్క విద్యుత్ సామర్థ్యాలపై ఆధారపడి ఉంటుంది. తక్కువ బాహ్య శక్తి అవసరమయ్యే ప్రక్రియ మాత్రమే కొనసాగుతుంది. పర్యవసానంగా, కాథోడ్ వద్ద గరిష్ట ఎలక్ట్రోడ్ సంభావ్యత కలిగిన కాటయాన్‌లు తగ్గించబడతాయి మరియు అత్యల్ప సంభావ్యత కలిగిన అయాన్‌లు యానోడ్ వద్ద ఆక్సీకరణం చెందుతాయి. హైడ్రోజన్ యొక్క ఎలక్ట్రోడ్ సంభావ్యత "0"గా తీసుకోబడుతుంది. ఉదాహరణకు, పొటాషియంలో ఇది సమానం (-2,93 వీ), సోడియం సమానం (-2,71 వీ), సీసం (-0,13 వీ), మరియు వెండి కోసం - (+0,8 వి).

వాయువులలో విద్యుద్విశ్లేషణ

ఒక వాయువు అయానైజర్ సమక్షంలో మాత్రమే ఎలక్ట్రోలైట్ పాత్రను నిర్వహించగలదు. ఈ సందర్భంలో, అయనీకరణం చేయబడిన మాధ్యమం గుండా వెళుతున్న కరెంట్ ఎలక్ట్రోడ్ల వద్ద అవసరమైన ప్రక్రియను కలిగిస్తుంది. గ్యాస్ విద్యుద్విశ్లేషణకు ఫెరడే చట్టాలు వర్తించవు. దాని అమలుకు ఇటువంటి పరిస్థితులు అవసరం:

1. వాయువు యొక్క కృత్రిమ అయనీకరణం లేకుండా, అధిక వోల్టేజ్ లేదా అధిక కరెంట్ సహాయం చేయదు.
2. వాయు స్థితిలో ఆక్సిజన్ లేని ఆమ్లాలు మరియు కొన్ని వాయువులు మాత్రమే విద్యుద్విశ్లేషణకు అనుకూలంగా ఉంటాయి.

ముఖ్యమైనది! అవసరమైన షరతులు నెరవేరినట్లయితే, ప్రక్రియ ద్రవ విద్యుద్విశ్లేషణలో విద్యుద్విశ్లేషణ వలె కొనసాగుతుంది.

కాథోడ్ మరియు యానోడ్ వద్ద సంభవించే ప్రక్రియల ప్రత్యేకతలు

విద్యుద్విశ్లేషణ యొక్క ఆచరణాత్మక అనువర్తనం కోసం, విద్యుత్ ప్రవాహం వర్తించినప్పుడు రెండు ఎలక్ట్రోడ్ల వద్ద ఏమి జరుగుతుందో అర్థం చేసుకోవడం చాలా ముఖ్యం. కింది ప్రక్రియలు విలక్షణమైనవి:

1. కాథోడ్. ధనాత్మకంగా చార్జ్ చేయబడిన అయాన్లు దాని వైపు పరుగెత్తుతాయి. ఇక్కడే లోహాల తగ్గింపు లేదా హైడ్రోజన్ విడుదల జరుగుతుంది. అనేక రకాల లోహాలు వాటి కాటినిక్ చర్య ప్రకారం వేరు చేయబడతాయి. Li, K, Ba, St, Ca, Na, Mg, Be, Al వంటి లోహాలు కరిగిన లవణాల నుండి మాత్రమే బాగా తగ్గుతాయి. ఒక పరిష్కారం ఉపయోగించినట్లయితే, నీటి విద్యుద్విశ్లేషణ కారణంగా హైడ్రోజన్ విడుదల అవుతుంది. కింది లోహాలలో - Mn, Cr, Zn, Fe, Cd, Ni, Ti, Co, Mo, Sn, Pb - ద్రావణంలో తగ్గింపును అందించడం సాధ్యమవుతుంది, అయితే కాటయాన్‌ల తగినంత సాంద్రతతో. Ag, Cu, Bi, Pt, Au, Hg కోసం ప్రక్రియ చాలా సులభం.
2. యానోడ్. ప్రతికూలంగా చార్జ్ చేయబడిన అయాన్లు ఈ ఎలక్ట్రోడ్ వద్దకు వస్తాయి. వాటిని ఆక్సీకరణం చేయడం, వారు లోహం నుండి ఎలక్ట్రాన్లను దూరంగా తీసుకుంటారు, ఇది వాటి యానోడిక్ రద్దుకు దారితీస్తుంది, అనగా అయాన్లు ధనాత్మకంగా చార్జ్ చేయబడిన అయాన్లుగా మార్చబడతాయి, ఇవి కాథోడ్ వైపు మళ్లించబడతాయి. అయాన్లు కూడా వాటి కార్యాచరణ ప్రకారం ఉపవిభజన చేయబడ్డాయి. PO4, CO3, SO4, NO3, NO2, ClO4, F అయాన్‌లు మాత్రమే కరుగు నుండి విడుదల చేయబడతాయి. సజల ద్రావణాలలో, అవి విద్యుద్విశ్లేషణకు లోబడి ఉండవు, కానీ ఆక్సిజన్ విడుదలతో నీరు. OH, Cl, I, S, Br వంటి అయాన్లు చాలా సులభంగా ప్రతిస్పందిస్తాయి.

విద్యుద్విశ్లేషణను అందించేటప్పుడు, ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థం యొక్క ఆక్సీకరణ ధోరణిని పరిగణనలోకి తీసుకోవడం చాలా ముఖ్యం. ఈ విషయంలో, జడ మరియు క్రియాశీల యానోడ్లు ప్రత్యేకించబడ్డాయి. జడ ఎలక్ట్రోడ్లు గ్రాఫైట్, బొగ్గు లేదా ప్లాటినంతో తయారు చేయబడతాయి మరియు అయాన్ల సరఫరాలో పాల్గొనవు.

విద్యుద్విశ్లేషణ ప్రక్రియను ప్రభావితం చేసే అంశాలు

విద్యుద్విశ్లేషణ ప్రక్రియ క్రింది కారకాలపై ఆధారపడి ఉంటుంది:

1. ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క కూర్పు. వివిధ మలినాలతో గణనీయమైన ప్రభావం చూపుతుంది. అవి 3 రకాలుగా విభజించబడ్డాయి - కాటయాన్స్, అయాన్లు మరియు ఆర్గానిక్స్. పదార్థాలు ప్రాథమిక లోహం కంటే ఎక్కువ లేదా తక్కువ ప్రతికూలంగా ఉంటాయి, ఇది ప్రక్రియకు ఆటంకం కలిగిస్తుంది. సేంద్రీయ మలినాలలో కలుషితాలు (ఉదా. నూనెలు) మరియు సర్ఫ్యాక్టెంట్లు ఉన్నాయి. వాటి సాంద్రతలు పరిమితి విలువలను కలిగి ఉంటాయి.
2. ప్రస్తుత సాంద్రత. ఫెరడే యొక్క చట్టాల ప్రకారం, ప్రస్తుత బలం పెరిగేకొద్దీ డిపాజిట్ చేయబడిన పదార్ధం యొక్క ద్రవ్యరాశి పెరుగుతుంది. అయినప్పటికీ, అననుకూల పరిస్థితులు తలెత్తుతాయి - కేంద్రీకృత ధ్రువణత, పెరిగిన వోల్టేజ్, ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క తీవ్రమైన వేడి. దీన్ని దృష్టిలో ఉంచుకుని, ప్రతి సందర్భంలోనూ ప్రస్తుత సాంద్రత యొక్క సరైన విలువలు ఉన్నాయి.
3. ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క pH. మీడియం యొక్క ఆమ్లత్వం కూడా లోహాలను దృష్టిలో ఉంచుకుని ఎంపిక చేయబడుతుంది. ఉదాహరణకు, జింక్ కోసం ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క ఆమ్లత్వం యొక్క వాంఛనీయ విలువ 140 g/cc.
4. ఎలక్ట్రోలైట్ ఉష్ణోగ్రత. ఇది అస్పష్టమైన ప్రభావాన్ని కలిగి ఉంటుంది. ఉష్ణోగ్రత పెరిగేకొద్దీ, విద్యుద్విశ్లేషణ రేటు పెరుగుతుంది, కానీ మలినాలను సూచించే చర్య కూడా పెరుగుతుంది. ప్రతి ప్రక్రియకు వాంఛనీయ ఉష్ణోగ్రత ఉంటుంది. ఇది సాధారణంగా 38-45 డిగ్రీల మధ్య ఉంటుంది.

ముఖ్యమైనది! విద్యుద్విశ్లేషణ వివిధ ప్రభావాలు మరియు విద్యుద్విశ్లేషణ కూర్పు ఎంపిక ద్వారా వేగవంతం లేదా మందగిస్తుంది. ప్రతి అప్లికేషన్ దాని స్వంత మోడ్‌ను కలిగి ఉంటుంది, ఇది ఖచ్చితంగా గమనించాలి.

విద్యుద్విశ్లేషణ ఎక్కడ ఉపయోగించబడుతుంది?

విద్యుద్విశ్లేషణ అనేక అనువర్తనాల్లో ఉపయోగించబడుతుంది. ఆచరణాత్మక ఫలితాల కోసం అనేక ప్రధాన ఉపయోగాలను గుర్తించవచ్చు.

ఎలక్ట్రోప్లేటింగ్

లోహం యొక్క సన్నని, మన్నికైన గాల్వానిక్ పూత విద్యుద్విశ్లేషణ ద్వారా వర్తించబడుతుంది.పూత చేయవలసిన అంశం కాథోడ్‌గా స్నానంలో ఉంచబడుతుంది మరియు ఎలక్ట్రోలైట్‌లో కావలసిన లోహం యొక్క ఉప్పు ఉంటుంది. ఈ విధంగా ఉక్కును జింక్, క్రోమియం లేదా టిన్‌తో పూత పూయవచ్చు.

ఎలెక్ట్రోట్రీట్మెంట్ - రాగిని శుద్ధి చేస్తుంది

ఎలక్ట్రిక్ రిఫైనింగ్ యొక్క ఉదాహరణ ఈ ఎంపిక: కాథోడ్ - స్వచ్ఛమైన రాగి, యానోడ్ - మలినాలు కలిగిన రాగి, ఎలక్ట్రోలైట్ - రాగి సల్ఫేట్ యొక్క సజల పరిష్కారం. యానోడ్ నుండి రాగి అయాన్లుగా మారుతుంది మరియు మలినాలు లేకుండా క్యాథోడ్‌లో నిక్షిప్తం చేయబడుతుంది.

మెటల్ వెలికితీత.

లవణాల నుండి లోహాలను పొందేందుకు, అవి కరుగులోకి బదిలీ చేయబడతాయి మరియు దానిలో విద్యుద్విశ్లేషణ అందించబడుతుంది. బాక్సైట్, సోడియం మరియు పొటాషియం నుండి అల్యూమినియం పొందేందుకు ఈ పద్ధతి చాలా ప్రభావవంతంగా ఉంటుంది.

యానోడైజింగ్

ఈ ప్రక్రియలో, పూత నాన్-మెటాలిక్ సమ్మేళనాల నుండి తయారు చేయబడుతుంది. క్లాసిక్ ఉదాహరణ అల్యూమినియం యానోడైజింగ్. అల్యూమినియం భాగం యానోడ్ లాగా అమర్చబడి ఉంటుంది. ఎలక్ట్రోలైట్ అనేది సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లం యొక్క పరిష్కారం. విద్యుద్విశ్లేషణ ఫలితంగా, అల్యూమినియం ఆక్సైడ్ యొక్క పొర యానోడ్పై జమ చేయబడుతుంది, ఇది రక్షిత మరియు అలంకార లక్షణాలను కలిగి ఉంటుంది. ఈ సాంకేతికతలు వివిధ పరిశ్రమలలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతున్నాయి. సురక్షితమైన పద్ధతిలో మీ స్వంత చేతులతో ప్రక్రియలను నిర్వహించడం కూడా సాధ్యమే.

శక్తి ఖర్చులు

విద్యుద్విశ్లేషణకు చాలా శక్తి అవసరం. అనోడిక్ కరెంట్ తగినంతగా ఉంటే ఈ ప్రక్రియ ఆచరణాత్మక విలువను కలిగి ఉంటుంది మరియు దీని కోసం విద్యుత్ శక్తి మూలం నుండి గణనీయమైన ప్రత్యక్ష ప్రవాహాన్ని వర్తింపజేయడం అవసరం. అదనంగా, ఇది సైడ్ వోల్టేజ్ నష్టాలను ఉత్పత్తి చేస్తుంది - అనోడిక్ మరియు కాథోడిక్ ఓవర్వోల్టేజ్, దాని నిరోధకత కారణంగా ఎలక్ట్రోలైట్లో నష్టాలు. పొందిన పదార్ధం యొక్క ఉపయోగకరమైన ద్రవ్యరాశి యూనిట్‌కు శక్తి ఇన్‌పుట్ యొక్క శక్తిని అనుసంధానించడం ద్వారా మొక్క యొక్క సామర్థ్యం నిర్ణయించబడుతుంది.

విద్యుద్విశ్లేషణ చాలా కాలంగా పరిశ్రమలో అధిక సామర్థ్యంతో ఉపయోగించబడింది. దైనందిన జీవితంలో యానోడైజింగ్ మరియు ఎలెక్ట్రోప్లేటింగ్ అనేది సర్వసాధారణంగా మారింది మరియు ధాతువు నుండి అనేక లోహాలను వెలికితీసేందుకు పదార్థాలను తవ్వడం మరియు శుద్ధి చేయడం సహాయపడుతుంది.దాని ప్రాథమిక నమూనాలను తెలుసుకోవడం ద్వారా ప్రక్రియను ప్లాన్ చేయవచ్చు మరియు లెక్కించవచ్చు.

సంబంధిత కథనాలు: