इलेक्ट्रोलाइटिक सेल: भागों, यह कैसे काम करता है और अनुप्रयोग - रसायन विज्ञान - 2025

विद्युत् अपघटनी सेल एक माध्यम है, जहां ऊर्जा या एक विद्युत प्रवाह एक गैर सहज ऑक्साइड कम करने प्रतिक्रिया बाहर ले जाने के लिए किया जाता है। इसमें दो इलेक्ट्रोड होते हैं: एनोड और कैथोड।

एनोड (+) ऑक्सीकरण पर होता है, क्योंकि इस साइट पर कुछ तत्व या यौगिक इलेक्ट्रॉनों को खो देते हैं; कैथोड में (-), कमी, क्योंकि इसमें कुछ तत्व या यौगिक इलेक्ट्रॉनों को प्राप्त करते हैं।

स्रोत: RodEz2 द्वारा, विकिमीडिया कॉमन्स से

इलेक्ट्रोलाइटिक सेल में, कुछ पदार्थों का अपघटन, पहले आयनित होता है, इलेक्ट्रोलिसिस नामक एक प्रक्रिया के माध्यम से होता है।

विद्युत प्रवाह का अनुप्रयोग इलेक्ट्रोलाइटिक सेल में आयनों की गति में एक अभिविन्यास पैदा करता है। सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए आयन (पिंजरे) चार्जिंग कैथोड (-) की ओर पलायन करते हैं।

इस बीच, नकारात्मक चार्ज किए गए आयन (आयन) चार्ज एनोड (+) की ओर पलायन करते हैं। यह चार्ज ट्रांसफर एक विद्युत प्रवाह (शीर्ष छवि) का गठन करता है। इस मामले में, विद्युत प्रवाह इलेक्ट्रोलाइट्स के समाधान द्वारा संचालित होता है, इलेक्ट्रोलाइटिक सेल के कंटेनर में मौजूद होता है।

फैराडे के इलेक्ट्रोलिसिस के नियम में कहा गया है कि प्रत्येक इलेक्ट्रोड पर ऑक्सीकरण या कमी वाले पदार्थ की मात्रा सेल या सेल से गुजरने वाली बिजली की मात्रा के सीधे आनुपातिक होती है।

पार्ट्स

एक इलेक्ट्रोलाइटिक सेल एक कंटेनर से बना होता है, जहां सामग्री जो विद्युत आवेश से प्रेरित प्रतिक्रियाओं से गुजरती है, जमा होती है।

कंटेनर में इलेक्ट्रोड की एक जोड़ी होती है जो एक प्रत्यक्ष वर्तमान बैटरी से जुड़ी होती है। आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले इलेक्ट्रोड एक अक्रिय सामग्री से बने होते हैं, अर्थात, वे प्रतिक्रियाओं में भाग नहीं लेते हैं।

इलेक्ट्रोलाइट समाधान के माध्यम से बहने वाली वर्तमान की तीव्रता को मापने के लिए एक एमीटर को बैटरी के साथ श्रृंखला में जोड़ा जा सकता है। साथ ही, इलेक्ट्रोड की जोड़ी के बीच वोल्टेज अंतर को मापने के लिए एक वाल्टमीटर को समानांतर में रखा जाता है।

इलेक्ट्रोलाइटिक सेल कैसे काम करता है?

पिघला हुआ सोडियम क्लोराइड का इलेक्ट्रोलिसिस

पिघला हुआ सोडियम क्लोराइड ठोस सोडियम क्लोराइड को पसंद किया जाता है, क्योंकि बाद वाला बिजली का संचालन नहीं करता है। आयन आपके क्रिस्टल के भीतर कंपन करते हैं, लेकिन वे स्थानांतरित करने के लिए स्वतंत्र नहीं हैं।

कैथोड प्रतिक्रिया

ग्रेफाइट, एक अक्रिय सामग्री से बने इलेक्ट्रोड, बैटरी टर्मिनलों से जुड़े होते हैं। एनोड (+) का निर्माण करते हुए, एक इलेक्ट्रोड बैटरी के सकारात्मक टर्मिनल से जुड़ा होता है।

इस बीच, अन्य इलेक्ट्रोड बैटरी के नकारात्मक टर्मिनल से जुड़ा हुआ है, जिससे कैथोड (-) का निर्माण होता है। जब बैटरी से करंट प्रवाहित होता है, तो निम्नलिखित देखा जाता है:

कैथोड (-) में Na ⁺ आयन की कमी होती है, जो कि इलेक्ट्रॉन प्राप्त करने पर धात्विक में परिवर्तित हो जाता है:

ना ⁺ + ई ^- => ना (एल)

पिघले हुए सोडियम क्लोराइड के ऊपर सिल्वर-सफ़ेद धात्विक सोडियम तैरता है।

एनोड प्रतिक्रिया

इसके विपरीत, एनोड (+) में Cl ^- आयन का ऑक्सीकरण होता है, क्योंकि यह इलेक्ट्रॉनों को खो देता है और क्लोरीन गैस (Cl ₂) में बदल जाता है, एक प्रक्रिया जो गैस के एनोड में उपस्थिति द्वारा प्रकट होती है पीला हरा रंग। एनोड पर होने वाली प्रतिक्रिया को निम्नानुसार रेखांकित किया जा सकता है:

2Cl ^- => Cl ₂ (g) + 2 e ^-

NaCl से धात्विक Na और Cl ₂ गैस का बनना एक सहज प्रक्रिया नहीं है, इसके लिए 800 to C से अधिक तापमान की आवश्यकता होती है। विद्युत धारा इलेक्ट्रोलाइटिक सेल के इलेक्ट्रोड पर होने वाले संकेतित परिवर्तन के लिए ऊर्जा की आपूर्ति करती है।

इलेक्ट्रॉनों को कम करने की प्रक्रिया में कैथोड (-) पर खपत किया जाता है और ऑक्सीकरण के दौरान एनोड (+) में उत्पादित किया जाता है। इसलिए, इलेक्ट्रोलाइटिक सेल के बाहरी सर्किट से एनोड से कैथोड तक इलेक्ट्रॉन प्रवाहित होते हैं।

प्रत्यक्ष वर्तमान बैटरी इलेक्ट्रॉनों के लिए ऊर्जा को अनायास (+) से कैथोड (-) तक प्रवाहित करने के लिए ऊर्जा की आपूर्ति करती है।

डाउन सेल

डाउन सेल धातुई और क्लोरीन गैस के औद्योगिक उत्पादन के लिए वर्णित और उपयोग किए जाने वाले इलेक्ट्रोलाइटिक सेल का एक अनुकूलन है।

डाउन के इलेक्ट्रोलाइटिक सेल में ऐसे उपकरण होते हैं जो धातु सोडियम और क्लोरीन गैस के अलग-अलग संग्रह की अनुमति देते हैं। धात्विक सोडियम उत्पादन की यह विधि अभी भी बहुत व्यावहारिक है।

इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा जारी करने के बाद, तरल धातु सोडियम को सूखा, ठंडा किया जाता है, और ब्लॉक में काट दिया जाता है। बाद में, इसे एक अक्रिय माध्यम में संग्रहीत किया जाता है, क्योंकि सोडियम पानी या वायुमंडलीय ऑक्सीजन के संपर्क में विस्फोटक रूप से प्रतिक्रिया कर सकता है।

क्लोरीन गैस का उत्पादन उद्योग में मुख्य रूप से सोडियम क्लोराइड के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा किया जाता है, जो धात्विक सोडियम के उत्पादन से कम महंगी प्रक्रिया में होता है।

अनुप्रयोग

औद्योगिक संश्लेषण

-उद्योग में, इलेक्ट्रोलाइटिक कोशिकाओं का उपयोग विभिन्न गैर-लौह धातुओं के विद्युतीकरण और इलेक्ट्रोप्लेटिंग में किया जाता है। लगभग सभी उच्च शुद्धता वाले एल्यूमीनियम, तांबा, जस्ता और सीसा औद्योगिक रूप से इलेक्ट्रोलाइटिक कोशिकाओं में उत्पादित होते हैं।

-हाइड्रोजन का निर्माण पानी के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा होता है। इस रासायनिक प्रक्रिया का उपयोग भारी पानी (डी ₂ ओ) प्राप्त करने में भी किया जाता है ।

-Metals जैसे Na, K और Mg को पिघले हुए इलेक्ट्रोलाइट्स के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा प्राप्त किया जाता है। इसके अलावा, फ्लोराइड और क्लोराइड जैसी गैर-धातुएं इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा प्राप्त की जाती हैं। इसके अलावा, NaOH, KOH, Na ₂ CO ₃ और KMnO ₄ जैसे यौगिक एक ही प्रक्रिया द्वारा संश्लेषित होते हैं।

धातुओं का लेप और शोधन

-एक उच्च गुणवत्ता वाली धातु के साथ एक अवर धातु को कोटिंग करने की प्रक्रिया को इलेक्ट्रोप्लेटिंग के रूप में जाना जाता है। इसका उद्देश्य निचली धातु के क्षरण को रोकना और इसे और अधिक आकर्षक बनाना है। इलेक्ट्रोलाइटिक कोशिकाओं का उपयोग इस उद्देश्य के लिए इलेक्ट्रोप्लेटिंग में किया जाता है।

-इलेक्ट्रिक धातुओं को इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा परिष्कृत किया जा सकता है। तांबे के मामले में, धातु की बहुत पतली चादरें कैथोड पर रखी जाती हैं और एनोड पर परिष्कृत होने के लिए अशुद्ध तांबे की बड़ी सलाखों को रखा जाता है।

-सुंदर वस्तुओं का उपयोग समाज में आम है। आभूषण और टेबलवेयर आमतौर पर चांदी होते हैं; सोने के गहने और बिजली के संपर्कों पर इलेक्ट्रोड लगाई जाती है। सजावटी उद्देश्यों के लिए कई वस्तुओं को तांबे के साथ कवर किया गया है।

-इस कारों में क्रोम स्टील फेंडर और अन्य पार्ट्स हैं। कार बम्पर की क्रोम चढ़ाना 0.0002 मिमी मोटी चमकदार सतह का उत्पादन करने के लिए क्रोम इलेक्ट्रोड के सिर्फ 3 सेकंड लेता है।

धातु के ठोस इलेक्ट्रोड काले और खुरदरी सतहों का उत्पादन करते हैं। धीमी विद्युत चुम्बकत्व चिकनी सतहों का निर्माण करता है। "टिन के डिब्बे" इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा टिन के साथ लेपित स्टील के बने होते हैं। कभी-कभी ये डिब्बे क्रोम परत की मोटाई के साथ दूसरे के एक हिस्से में क्रोम प्लेटेड होते हैं जो बहुत पतले होते हैं।

संदर्भ

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