Electrolysis kya hai? | इलेक्ट्रोलिसिस क्या है?

इलेक्ट्रोलिसिस | Electrolysis

इलेक्ट्रोलिसिस (Electrolysis) की प्रक्रिया वोल्टमीटर नामक उपकरण में की जाती है। इसमें एक गिलास होता है जिसमें एक इलेक्ट्रोलाइट और दो धातु प्लेट (इलेक्ट्रोड कहा जाता है) होता है। यदि इलेक्ट्रोलाइट CuSO₄ का घोल है, और इलेक्ट्रोड तांबे की प्लेट हैं, तो इसे कॉपर वोल्टमीटर कहा जाता है। चित्र 10.1 एक तांबे का वोल्टमीटर दिखाता है।

जब कुंजी K को बंद कर दिया जाता है। एमीटर द्वारा दर्शाए अनुसार परिपथ में धारा प्रवाहित होने लगती है। यह पाया जाता है कि तांबा एनोड से हटाकर कैथोड पर जमा हो जाता है। इलेक्ट्रोलाइट (इस स्थिति में CuSO₄) के माध्यम से धारा के गुजरने से रासायनिक परिवर्तन हो रहे हैं।

ये रासायनिक परिवर्तन तब तक होते हैं जब तक इलेक्ट्रोलाइट से करंट प्रवाहित होता है। इस प्रक्रिया को “इलेक्ट्रोलिसिस (Electrolysis)” कहा जाता है और इसका उपयोग कई औद्योगिक और वाणिज्यिक अनुप्रयोगों में किया जाता है।

CuSO₄ विलयन में आयनन के कारण Cu⁺⁺ और ( SO₄ )^{– –} आयन होते हैं। जब प्रत्यक्ष पी.डी. कुंजी K, Cu आयन कैथोड (नकारात्मक प्लेट) की ओर बहाव और SO, आयनों को एनोड (पॉजिटिव प्लेट) की ओर बंद करके इलेक्ट्रोड में लगाया जाता है।

कैथोड पर एक Cu⁺⁺ आयन कैथोड पर पहुँचने पर उसमें से दो इलेक्ट्रॉन ग्रहण करके उदासीन Cu परमाणु बन जाता है और कैथोड पर जमा हो जाता है। Cu⁺⁺ + 2e^– → Cu Atom

एनोड पर एक (SO₄)^{– –} आयन एनोड पर पहुँचने पर दो इलेक्ट्रॉनों को छोड़ देता है, जिससे वह सल्फेट मूलक बन जाता है। एनोड पर छोड़े गए ये इलेक्ट्रॉन बाहरी सर्किट के माध्यम से कैथोड में चले जाते हैं जहां वे कैथोड पर आने वाले Cu++ आयनों को बेअसर करने के लिए उपलब्ध होते हैं। अब, सल्फेट रेडिकल मौजूद नहीं हो सकता है और इसलिए, यह एनोड सामग्री पर रासायनिक रूप से कार्य करता है। (SO₄ )^— 2e^– → SO₄

Cu + SO₄ → CuSO₄

इस प्रकार विलयन (CuSO) से तांबा कैथोड पर जमा हो जाता है। निम्नलिखित बिंदुओं पर ध्यान दिया जा सकता है :-

• कैथोड के द्रव्यमान में लाभ के बराबर है एनोड के द्रव्यमान में कमी।
• धनात्मक आयन (Cu⁺⁺) और ऋणात्मक आयन (SO₄ )विलयन में विपरीत दिशाओं में चलते हैं; दोनों ही शुद्ध धारा में योगदान करते हैं।
• CuSO, विलयन की सांद्रता बनी रहती है।
• इलेक्ट्रोलाइट के भीतर करंट आयनों की गति से होता है और बाहरी तार में यह इलेक्ट्रॉनों के बहाव के कारण होता है।

फैराडे के इलेक्ट्रोलिसिस के नियम | Faraday’s Law of Electrolysis

फैराडे ने इलेक्ट्रोलिसिस पर कई प्रयोग किए। उन्होंने अपने निष्कर्ष से नियमों की खोज की इन नियमों को फैराडे के इलेक्ट्रोलिसिस के नियम कहा जाता है।

फैराडे का पहला नियम

इलेक्ट्रोलिसिस (Electrolysis) के दौरान इलेक्ट्रोड पर मुक्त या जमा किए गए पदार्थ का द्रव्यमान इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से पारित विद्युत चार्ज की मात्रा के सीधे आनुपातिक होता है। यदि m इलेक्ट्रोड पर मुक्त या जमा किए गए पदार्थ का द्रव्यमान है तथा इसमें आवेश q को प्रवाहित किया गया है तब फैराडे के इलेक्ट्रोलिसिस के पहले नियम के अनुसार,

m x q या m = zq

जहाँ z आनुपातिकता का एक स्थिरांक है और पदार्थ का विद्युत रासायनिक समतुल्य (E.C.E.) कहलाता है। इसका एक तत्व के लिए समान मान होता है लेकिन अन्य तत्वों के लिए भिन्न होता है।

यदि आवेश जो गुजरता है वह समय t के लिए प्रवाहित स्थिर धारा I के कारण है, तो eq(1) को इस प्रकार लिख सकता है: m = zIt

एक्ट्रोकेमिकल एक्वावेलेन्ट m = zIt = zq यदि q = 1 C, तो, इसलिए किसी पदार्थ का विद्युत रासायनिक समतुल्य 1 कूलॉम आवेश के पारित होने से इलेक्ट्रोलिसिस में मुक्त या जमा पदार्थ का द्रव्यमान होता है। इसकी S.I. इकाई kg /C है। हालांकि, आमतौर पर E.C.E किसी पदार्थ का ग्राम/कूलम्ब (g/C) में व्यक्त किया जाता है।

उदाहरण के लिए, ई.सी.ई. तांबे का द्रव्यमान 0.000304 g/C है। इसका अर्थ है कि यदि 1 C आवेश को तांबे के वोल्टमीटर से गुजारा जाए, तो कैथोड पर जमा तांबे का द्रव्यमान 0.000304

फैराडे का दूसरा नियम

यदि विद्युत आवेश की समान मात्रा को विभिन्न इलेक्ट्रोलाइट्स के माध्यम से पारित किया जाता है, तो मुक्त या जमा किए गए पदार्थों का द्रव्यमान उनके रासायनिक समकक्षों के समानुपाती होता है, अर्थात, m x E m1 / m2 = E1 /E2

यहाँ m1 और m2 मुक्त या जमा किए गए पदार्थों के द्रव्यमान हैं ( जब उनके इलेक्ट्रोलाइट्स के माध्यम से एक ही चार्ज पारित किया जाता है) और E1 और E2 उनके संबंधित रासायनिक समकक्ष हैं।

फैराडे का इलेक्ट्रोलिसिस का दूसरा नियम चित्र 10.2 में दिखाया गया है जहां चांदी और तांबे के वोल्टमीटर श्रृंखला में जुड़े हुए हैं। एक निश्चित समय के लिए, समान आवेश प्रत्येक वोल्टमीटर से होकर गुजरेगा। यह देखा जाएगा कि संबंधित कैथोड पर जमा चांदी (एजी) और तांबे (सीयू) के द्रव्यमान 108: 32 के अनुपात में हैं। 108 और 32 के ये मूल्य क्रमशः चांदी और तांबे के रासायनिक समकक्ष हैं।

जमा चांदी का द्रव्यमान / जमा तांबे का द्रव्यमान = रासायनिक समतुल्य Ag / रासायनिक समतुल्य cu = 108 / 32