విద్యుద్విశ్లేషణ అనేది పాఠశాల భౌతిక కోర్సులో పరిగణించబడుతుంది మరియు చాలా మందికి ఇది రహస్యం కాదు. మరొక విషయం దాని ప్రాముఖ్యత మరియు ఆచరణాత్మక అప్లికేషన్. ఈ ప్రక్రియ వివిధ పరిశ్రమలలో గొప్ప ప్రయోజనంతో ఉపయోగించబడుతుంది మరియు గృహ హస్తకళాకారులకు ఉపయోగకరంగా ఉంటుంది.
విషయము
- 1 విద్యుద్విశ్లేషణ అంటే ఏమిటి?
- 2 ఫారడే యొక్క విద్యుద్విశ్లేషణ నియమాలు
- 3 కరుగు విద్యుద్విశ్లేషణ
- 4 పరిష్కారాలలో విద్యుద్విశ్లేషణ యొక్క లక్షణాలు
- 5 వాయువులలో విద్యుద్విశ్లేషణ
- 6 కాథోడ్ మరియు యానోడ్ వద్ద సంభవించే ప్రక్రియల లక్షణాలు
- 7 విద్యుద్విశ్లేషణ ప్రక్రియను ప్రభావితం చేసే అంశాలు
- 8 విద్యుద్విశ్లేషణ ఎక్కడ ఉపయోగించబడుతుంది?
- 9 శక్తి ఖర్చులు
విద్యుద్విశ్లేషణ అంటే ఏమిటి?
విద్యుద్విశ్లేషణ అనేది ఎలక్ట్రోడ్లు మరియు ఎలక్ట్రోలైట్ల వ్యవస్థలో ఒక ప్రత్యక్ష విద్యుత్ ప్రవాహం దాని ద్వారా ప్రవహించినప్పుడు నిర్దిష్ట ప్రక్రియల సంక్లిష్టత. దీని మెకానిజం అయానిక్ కరెంట్ సంభవించడంపై ఆధారపడి ఉంటుంది. ఎలక్ట్రోలైట్ టైప్ 2 కండక్టర్ (అయానిక్ వాహకత) దీనిలో విద్యుద్విశ్లేషణ విచ్ఛేదనం జరుగుతుంది. ఇది పాజిటివ్తో అయాన్లుగా కుళ్ళిపోవడంతో సంబంధం 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, మరియు అయాన్లు - యానోడ్ వైపు కదలడం ప్రారంభిస్తాయి. కాటయాన్స్ ప్రధానంగా మెటల్ అయాన్లు మరియు హైడ్రోజన్, మరియు అయాన్లు ఆక్సిజన్, క్లోరిన్. కాథోడ్ వద్ద, కాటయాన్లు తమకు తాముగా అదనపు ఎలక్ట్రాన్లను జతచేస్తాయి, ఇది తగ్గింపు ప్రతిచర్య సంభవించడాన్ని నిర్ధారిస్తుంది Men+ + ne → Me (ఇక్కడ n అనేది లోహం యొక్క వాలెన్సీ) యానోడ్ వద్ద, దీనికి విరుద్ధంగా, ఆక్సీకరణ చర్యతో అయాన్ నుండి ఎలక్ట్రాన్ దానం చేయబడుతుంది.
అందువలన, వ్యవస్థలో రెడాక్స్ ప్రక్రియ అందించబడుతుంది. దాని ప్రవాహానికి తగిన శక్తి అవసరమని పరిగణనలోకి తీసుకోవడం చాలా ముఖ్యం. ఇది తప్పనిసరిగా బాహ్య ప్రస్తుత మూలం ద్వారా అందించబడాలి.
ఫారడే యొక్క విద్యుద్విశ్లేషణ నియమాలు
గొప్ప భౌతిక శాస్త్రవేత్త M. ఫెరడే, తన పరిశోధనతో, విద్యుద్విశ్లేషణ యొక్క స్వభావాన్ని అర్థం చేసుకోవడమే కాకుండా, దాని అమలుకు అవసరమైన గణనలను తయారు చేయడం కూడా సాధ్యమైంది. 1832 లో, కొనసాగుతున్న ప్రక్రియల యొక్క ప్రధాన పారామితులను అనుసంధానిస్తూ అతని చట్టాలు కనిపించాయి.
మొదటి చట్టం
యానోడ్ వద్ద తగ్గించబడే పదార్ధం యొక్క ద్రవ్యరాశి ఎలక్ట్రోలైట్లో ప్రేరేపించబడిన 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 యొక్క, I అనేది ఎలక్ట్రోలైట్ ద్వారా ప్రవహించే కరెంట్ యొక్క బలం, t అనేది ప్రస్తుత ప్రకరణ సమయం.
రెండవ చట్టం
ఫారడే యొక్క రెండవ చట్టం అనుపాతత k యొక్క గుణకాన్ని నిర్ణయించడం సాధ్యం చేసింది. ఇది ఇలా ఉంటుంది: ఏదైనా పదార్ధం యొక్క ఎలెక్ట్రోకెమికల్ సమానమైనది దాని మోలార్ ద్రవ్యరాశికి నేరుగా అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది మరియు వాలెన్సీకి విలోమానుపాతంలో ఉంటుంది. చట్టం ఇలా వ్యక్తీకరించబడింది:
k = 1/F*A/z, ఇక్కడ F అనేది ఫెరడే స్థిరాంకం, A అనేది పదార్ధం యొక్క మోలార్ ద్రవ్యరాశి, z అనేది దాని రసాయన విలువ.
రెండు చట్టాలను పరిగణనలోకి తీసుకుంటే, పదార్ధం యొక్క ఎలక్ట్రోడ్పై జమ చేసిన ద్రవ్యరాశిని లెక్కించడానికి తుది సూత్రాన్ని పొందడం సాధ్యమవుతుంది: m = A*I*t/(n*F), ఇక్కడ n అనేది విద్యుద్విశ్లేషణలో పాల్గొన్న ఎలక్ట్రాన్ల సంఖ్య. సాధారణంగా n అయాన్ యొక్క ఛార్జ్కు అనుగుణంగా ఉంటుంది. ఆచరణాత్మక దృక్కోణం నుండి, ఒక పదార్ధం యొక్క ద్రవ్యరాశి మరియు అనువర్తిత కరెంట్ మధ్య కనెక్షన్ ముఖ్యమైనది, ఇది దాని బలాన్ని మార్చడం ద్వారా ప్రక్రియను నియంత్రించడం సాధ్యం చేస్తుంది.
కరుగు విద్యుద్విశ్లేషణ
విద్యుద్విశ్లేషణ కోసం ఎంపికలలో ఒకటి ఎలెక్ట్రోలైట్గా మెల్ట్ను ఉపయోగించడం. ఈ సందర్భంలో, కరిగే అయాన్లు మాత్రమే విద్యుద్విశ్లేషణ ప్రక్రియలో పాల్గొంటాయి. ఒక క్లాసిక్ ఉదాహరణ కరిగిన ఉప్పు NaCl యొక్క విద్యుద్విశ్లేషణ (ఉ ప్పు) ప్రతికూల అయాన్లు యానోడ్కు వెళతాయి, అంటే వాయువు విడుదల అవుతుంది (Cl) కాథోడ్ వద్ద మెటల్ తగ్గింపు జరుగుతుంది, అనగా. అదనపు ఎలక్ట్రాన్లను ఆకర్షించిన సానుకూల అయాన్ల నుండి ఏర్పడిన స్వచ్ఛమైన Na నిక్షేపణ. ఇతర లోహాలు కూడా ఇదే విధంగా పొందవచ్చు (K, Ca, Li, మొదలైనవి.) సంబంధిత లవణాల ఊచకోత నుండి.
కరుగులో విద్యుద్విశ్లేషణ సమయంలో, ఎలక్ట్రోడ్లు రద్దు చేయబడవు, కానీ ప్రస్తుత మూలంగా మాత్రమే పాల్గొంటాయి. వారి తయారీలో, మీరు మెటల్, గ్రాఫైట్, కొన్ని సెమీకండక్టర్లను ఉపయోగించవచ్చు. పదార్థం తగినంత వాహకతను కలిగి ఉండటం ముఖ్యం. అత్యంత సాధారణ పదార్థాలలో ఒకటి రాగి.
పరిష్కారాలలో విద్యుద్విశ్లేషణ యొక్క లక్షణాలు
సజల ద్రావణంలో విద్యుద్విశ్లేషణ కరుగు నుండి గణనీయంగా భిన్నంగా ఉంటుంది. ఇక్కడ మూడు పోటీ ప్రక్రియలు జరుగుతాయి: ఆక్సిజన్ పరిణామంతో నీటి ఆక్సీకరణ, అయాన్ ఆక్సీకరణ మరియు లోహం యొక్క యానోడిక్ రద్దు. నీరు, ఎలక్ట్రోలైట్ మరియు యానోడ్ యొక్క అయాన్లు ప్రక్రియలో పాల్గొంటాయి.దీని ప్రకారం, కాథోడ్ వద్ద హైడ్రోజన్, ఎలక్ట్రోలైట్ కాటయాన్స్ మరియు యానోడ్ మెటల్ తగ్గింపు సంభవించవచ్చు.
ఈ పోటీ ప్రక్రియల సంభావ్యత వ్యవస్థ యొక్క విద్యుత్ సామర్థ్యాల పరిమాణంపై 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, పొటాషియం కోసం ఇది (-2.93V), సోడియం - (-2.71V), సీసం (-0.13V), వెండి కలిగి ఉండగా (+0.8 వి).
వాయువులలో విద్యుద్విశ్లేషణ
అయానైజర్ సమక్షంలో మాత్రమే గ్యాస్ ఎలక్ట్రోలైట్ పాత్రను పోషిస్తుంది. ఈ సందర్భంలో, అయనీకరణం చేయబడిన మాధ్యమం ద్వారా ప్రస్తుత పాస్ ఎలక్ట్రోడ్లపై అవసరమైన ప్రక్రియకు కారణమవుతుంది. అయితే, ఫెరడే చట్టాలు గ్యాస్ విద్యుద్విశ్లేషణకు వర్తించవు. దాని అమలు కోసం, క్రింది షరతులు అవసరం:
- వాయువు యొక్క కృత్రిమ అయనీకరణం లేకుండా, అధిక వోల్టేజ్ లేదా అధిక కరెంట్ సహాయం చేయదు.
- ఆక్సిజన్ లేని మరియు వాయు స్థితిలో ఉన్న ఆమ్లాలు మాత్రమే, మరియు కొన్ని వాయువులు విద్యుద్విశ్లేషణకు అనుకూలంగా ఉంటాయి.
ముఖ్యమైనది! అవసరమైన పరిస్థితులు నెరవేరినప్పుడు, ప్రక్రియ ద్రవ విద్యుద్విశ్లేషణలో విద్యుద్విశ్లేషణ వలె కొనసాగుతుంది.
కాథోడ్ మరియు యానోడ్ వద్ద సంభవించే ప్రక్రియల లక్షణాలు
విద్యుద్విశ్లేషణ యొక్క ఆచరణాత్మక అనువర్తనం కోసం, విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని వర్తింపజేసినప్పుడు రెండు ఎలక్ట్రోడ్ల వద్ద ఏమి జరుగుతుందో అర్థం చేసుకోవడం చాలా ముఖ్యం. సాధారణ ప్రక్రియలు:
- కాథోడ్. ధనాత్మకంగా ఛార్జ్ చేయబడిన అయాన్లు దానిపైకి పరుగెత్తుతాయి. ఇక్కడ, లోహాల తగ్గింపు లేదా హైడ్రోజన్ పరిణామం జరుగుతుంది. కాటినిక్ కార్యకలాపాల ప్రకారం లోహాలలో అనేక వర్గాలు ఉన్నాయి.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 లోహాలకు - Mn, Cr, Zn, Fe, Cd, Ni, Ti, Co, Mo, Sn, Pb - ద్రావణంలో తగ్గింపును సాధించడం సాధ్యమవుతుంది, అయితే కాటయాన్ల తగినంత సాంద్రతతో. ప్రక్రియ Ag, Cu, Bi, Pt, Au, Hg కోసం చాలా సులభంగా కొనసాగుతుంది.
- యానోడ్. ప్రతికూలంగా ఛార్జ్ చేయబడిన అయాన్లు ఈ ఎలక్ట్రోడ్లోకి ప్రవేశిస్తాయి. ఆక్సిడైజ్ చేయబడిన, వారు మెటల్ నుండి ఎలక్ట్రాన్లను తీసుకుంటారు, ఇది వారి యానోడిక్ రద్దుకు దారితీస్తుంది, అనగా. ధనాత్మకంగా చార్జ్ చేయబడిన అయాన్లుగా పరివర్తనం చెందుతుంది, ఇవి కాథోడ్కు పంపబడతాయి. అయాన్లు కూడా వాటి కార్యాచరణ ప్రకారం వర్గీకరించబడ్డాయి. అటువంటి అయాన్లు PO4, CO3, SO4, NO3, NO2, ClO4, F లు కరిగే వాటి నుండి మాత్రమే విడుదల చేయబడతాయి.సజల ద్రావణాలలో, అవి విద్యుద్విశ్లేషణకు గురికావు, ఆక్సిజన్ విడుదలతో నీరు. OH, Cl, I, S, Br వంటి అయాన్లు చాలా సులభంగా ప్రతిస్పందిస్తాయి.
విద్యుద్విశ్లేషణను నిర్ధారించేటప్పుడు, ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థం యొక్క ఆక్సీకరణ ధోరణిని పరిగణనలోకి తీసుకోవడం చాలా ముఖ్యం. ఈ విషయంలో, జడ మరియు క్రియాశీల యానోడ్లు నిలబడి ఉంటాయి. జడ ఎలక్ట్రోడ్లు గ్రాఫైట్, కార్బన్ లేదా ప్లాటినంతో తయారు చేయబడతాయి మరియు అయాన్ల సరఫరాలో పాల్గొనవు.
విద్యుద్విశ్లేషణ ప్రక్రియను ప్రభావితం చేసే అంశాలు
విద్యుద్విశ్లేషణ ప్రక్రియ క్రింది కారకాలపై ఆధారపడి ఉంటుంది:
- ఎలక్ట్రోలైట్ కూర్పు. వివిధ మలినాలు గణనీయమైన ప్రభావాన్ని చూపుతాయి. అవి 3 రకాలుగా విభజించబడ్డాయి - కాటయాన్స్, అయాన్లు మరియు ఆర్గానిక్స్. పదార్థాలు ప్రాథమిక లోహం కంటే ఎక్కువ లేదా తక్కువ ప్రతికూలంగా ఉంటాయి, ఇది ప్రక్రియలో జోక్యం చేసుకుంటుంది. సేంద్రీయ మలినాలలో, కాలుష్య కారకాలు (ఉదా. నూనెలు) మరియు సర్ఫ్యాక్టెంట్లు ప్రత్యేకంగా ఉంటాయి. వారి ఏకాగ్రత గరిష్టంగా అనుమతించదగిన విలువలను కలిగి ఉంటుంది.
- ప్రస్తుత సాంద్రత. ఫెరడే యొక్క చట్టాలకు అనుగుణంగా, ప్రస్తుత బలం పెరుగుతున్న కొద్దీ డిపాజిట్ చేయబడిన పదార్ధం యొక్క ద్రవ్యరాశి పెరుగుతుంది. అయినప్పటికీ, అననుకూల పరిస్థితులు తలెత్తుతాయి - సాంద్రీకృత ధ్రువణత, పెరిగిన వోల్టేజ్, ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క తీవ్రమైన వేడి. దీన్ని దృష్టిలో ఉంచుకుని, ప్రతి నిర్దిష్ట సందర్భంలో సరైన ప్రస్తుత సాంద్రత విలువలు ఉన్నాయి.
- ఎలక్ట్రోలైట్ pH. లోహాలను పరిగణనలోకి తీసుకొని పర్యావరణం యొక్క ఆమ్లత్వం కూడా ఎంపిక చేయబడుతుంది. ఉదాహరణకు, జింక్ కోసం ఎలక్ట్రోలైట్ ఆమ్లత్వం యొక్క సరైన విలువ 140 g/cu.dm.
- ఎలక్ట్రోలైట్ ఉష్ణోగ్రత. ఇది అస్పష్టమైన ప్రభావాన్ని కలిగి ఉంటుంది. ఉష్ణోగ్రత పెరుగుదలతో, విద్యుద్విశ్లేషణ రేటు పెరుగుతుంది, కానీ మలినాలను సూచించే చర్య కూడా పెరుగుతుంది. ప్రతి ప్రక్రియకు వాంఛనీయ ఉష్ణోగ్రత ఉంది. సాధారణంగా ఇది 38-45 డిగ్రీల పరిధిలో ఉంటుంది.
ముఖ్యమైనది! విద్యుద్విశ్లేషణ వివిధ ప్రభావాలు మరియు ఎలక్ట్రోలైట్ కూర్పు యొక్క ఎంపిక ద్వారా వేగవంతం లేదా మందగించవచ్చు. ప్రతి అప్లికేషన్ దాని స్వంత నియమాన్ని కలిగి ఉంటుంది, ఇది ఖచ్చితంగా గమనించాలి.
విద్యుద్విశ్లేషణ ఎక్కడ ఉపయోగించబడుతుంది?
అనేక ప్రాంతాల్లో విద్యుద్విశ్లేషణ ఉపయోగించబడుతుంది. ఆచరణాత్మక ఫలితాలను పొందడం కోసం అనేక ప్రధాన ఉపయోగ ప్రాంతాలు ఉన్నాయి.
ఎలక్ట్రోప్లేటింగ్
లోహం యొక్క సన్నని, మన్నికైన లేపనం విద్యుద్విశ్లేషణ ద్వారా వర్తించబడుతుంది. పూత చేయవలసిన ఉత్పత్తి కాథోడ్ రూపంలో స్నానంలో ఇన్స్టాల్ చేయబడుతుంది మరియు ఎలక్ట్రోలైట్ కావలసిన మెటల్ యొక్క ఉప్పును కలిగి ఉంటుంది. కాబట్టి మీరు జింక్, క్రోమియం లేదా టిన్తో ఉక్కును కవర్ చేయవచ్చు.
ఎలెక్ట్రోఫైనింగ్ - రాగి శుద్ధి
ఎలక్ట్రికల్ క్లీనింగ్ యొక్క ఉదాహరణ క్రింది ఎంపిక కావచ్చు: కాథోడ్ - స్వచ్ఛమైన రాగి యానోడ్ - మలినాలు కలిగిన రాగి, ఎలక్ట్రోలైట్ - రాగి సల్ఫేట్ యొక్క సజల పరిష్కారం. యానోడ్ నుండి రాగి అయాన్లలోకి వెళుతుంది మరియు మలినాలను లేకుండా ఇప్పటికే కాథోడ్లో స్థిరపడుతుంది.
మెటల్ మైనింగ్
లవణాల నుండి లోహాలను పొందేందుకు, అవి కరుగుకు బదిలీ చేయబడతాయి, ఆపై విద్యుద్విశ్లేషణ దానిలో అందించబడుతుంది. బాక్సైట్లు, సోడియం మరియు పొటాషియం నుండి అల్యూమినియం పొందేందుకు ఇటువంటి పద్ధతి చాలా ప్రభావవంతంగా ఉంటుంది.
యానోడైజింగ్
ఈ ప్రక్రియలో, పూత నాన్-మెటాలిక్ సమ్మేళనాల నుండి తయారు చేయబడుతుంది. ఒక క్లాసిక్ ఉదాహరణ అల్యూమినియం యానోడైజింగ్. అల్యూమినియం భాగం యానోడ్గా ఇన్స్టాల్ చేయబడింది. 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. మీరు భద్రతా నిబంధనలకు అనుగుణంగా మీ స్వంత చేతులతో ప్రక్రియలను నిర్వహించవచ్చు.
శక్తి ఖర్చులు
విద్యుద్విశ్లేషణకు అధిక శక్తి ఖర్చులు అవసరం. యానోడ్ కరెంట్ తగినంతగా ఉంటే ఈ ప్రక్రియ ఆచరణాత్మక విలువను కలిగి ఉంటుంది మరియు దీని కోసం విద్యుత్ వనరు నుండి ముఖ్యమైన ప్రత్యక్ష ప్రవాహాన్ని వర్తింపజేయడం అవసరం. అదనంగా, ఇది నిర్వహించినప్పుడు, సైడ్ వోల్టేజ్ నష్టాలు సంభవిస్తాయి - యానోడ్ మరియు కాథోడ్ ఓవర్వోల్టేజ్, దాని నిరోధకత కారణంగా ఎలక్ట్రోలైట్లో నష్టాలు. పొందిన పదార్ధం యొక్క ఉపయోగకరమైన ద్రవ్యరాశి యూనిట్కు శక్తి వినియోగం యొక్క శక్తిని సంబంధించి సంస్థాపన యొక్క సామర్థ్యం నిర్ణయించబడుతుంది.
విద్యుద్విశ్లేషణ చాలా కాలం పాటు పరిశ్రమలో మరియు అధిక సామర్థ్యంతో ఉపయోగించబడింది. దైనందిన జీవితంలో యానోడైజ్డ్ మరియు ఎలక్ట్రోప్లేటెడ్ పూతలు సర్వసాధారణంగా మారాయి మరియు ధాతువు నుండి అనేక లోహాలను వెలికి తీయడంలో సాయపడుతుంది. ప్రక్రియ ప్రణాళిక మరియు దాని ప్రధాన నమూనాలను తెలుసుకోవడం, లెక్కించవచ్చు.
ఇలాంటి కథనాలు:
