गैल्वेनिक संक्षारण: तंत्र, उदाहरण, सुरक्षा - रसायन विज्ञान - 2025

बिजली उत्पन्न या विद्युत रासायनिक जंग एक प्रक्रिया है जिसके तहत एक धातु या मिश्र धातु में खराबी आ रही अधिक precipitously पारंपरिक ऑक्सीकरण की तुलना में है। यह कहा जा सकता है कि यह एक त्वरित ऑक्सीकरण है, और यहां तक ​​कि, जानबूझकर बढ़ावा दिया गया है; जैसा कि कोशिकाओं या बैटरी में होता है।

यह कई शर्तों के तहत होता है। सबसे पहले, एक सक्रिय धातु होनी चाहिए, जिसे एनोड कहा जाता है। इसके अलावा, और दूसरी बात, एक कम-प्रतिक्रियाशील महान धातु होनी चाहिए जिसे कैथोड कहा जाता है। तीसरी और चौथी स्थिति एक माध्यम की उपस्थिति होती है, जहां इलेक्ट्रॉन पानी, और आयनिक प्रजातियों या इलेक्ट्रोलाइट्स का प्रचार करते हैं।

जंग लगी लोहे का ताज। स्रोत: Pixnio

गैल्वेनिक जंग खासतौर पर समुद्री वातावरण में या समुद्र तटों के किनारे देखने योग्य है। हवा की धारा जल वाष्प के द्रव्यमान को बढ़ाती है, जो कुछ आयनों को ले जाती है; उत्तरार्द्ध अंत पानी की एक पतली परत का पालन करता है या धातु की सतह पर आराम करता है।

आर्द्रता और लवणता की ये स्थितियाँ धातु के क्षरण का पक्ष लेती हैं। यह है कि ऊपर की छवि में एक लोहे का मुकुट समुद्र के आसपास के क्षेत्र के संपर्क में आने पर अधिक तेज़ी से जंग खाएगा।

दूसरे की तुलना में एक धातु को आसानी से ऑक्सीकरण करना होगा, इसकी कमी क्षमता के माध्यम से मात्रात्मक रूप से मापा जा सकता है; इन संभावितों के साथ तालमेल रसायन शास्त्र की पुस्तकों में मौजूद है। आप जितने नकारात्मक होंगे, आपका झुकाव उतना ही अधिक होगा।

इसी तरह, अगर यह धातु दूसरे की उपस्थिति में एक बहुत ही सकारात्मक कमी क्षमता के साथ है, इस प्रकार एक बड़ा,E होने पर, प्रतिक्रियाशील धातु का ऑक्सीकरण अधिक आक्रामक होगा। अन्य कारक, जैसे पीएच, आयनिक शक्ति, आर्द्रता, ऑक्सीजन की उपस्थिति, और धातु के क्षेत्रों के बीच संबंध जो ऑक्सीकरण होता है और जो कम हो जाता है, वे भी महत्वपूर्ण हैं।

तंत्र

अवधारणाओं और प्रतिक्रियाओं

गैल्वेनिक क्षरण के पीछे के तंत्र को संबोधित करने से पहले, कुछ अवधारणाओं को स्पष्ट किया जाना चाहिए।

एक रेडॉक्स प्रतिक्रिया में, एक प्रजाति इलेक्ट्रॉनों को खो देती है (ऑक्सीकरण करती है) जबकि दूसरा उन्हें प्राप्त करता है (कम करता है)। जिस इलेक्ट्रोड पर ऑक्सीकरण होता है उसे एनोड कहा जाता है; और जिस पर कमी होती है, कैथोड (अंग्रेजी में मेनेमोनिक नियम रेडकैट का उपयोग आमतौर पर इसे याद करने के लिए किया जाता है)।

इस प्रकार, एक धातु एम के इलेक्ट्रोड (एक टुकड़ा, स्क्रू, आदि) के लिए, यदि यह ऑक्सीकरण करता है, तो इसे एनोड कहा जाता है:

M => M ^{n +} + ne ^-

जारी किए गए इलेक्ट्रॉनों की संख्या परिणामी cation M ^{n +} के धनात्मक आवेश के परिमाण के बराबर होगी ।

फिर एक अन्य इलेक्ट्रोड या धातु आर (दोनों धातुओं को किसी तरह से संपर्क में होना चाहिए), जारी इलेक्ट्रॉनों को प्राप्त करता है; लेकिन यह एक रासायनिक प्रतिक्रिया से नहीं गुजरता है अगर यह इलेक्ट्रॉनों को प्राप्त करता है, क्योंकि यह केवल उन्हें (विद्युत प्रवाह) आयोजित करेगा।

इसलिए, समाधान में एक और प्रजाति होनी चाहिए जो इन इलेक्ट्रॉनों को औपचारिक रूप से स्वीकार कर सकती है; उदाहरण के लिए, धातु आयनों को आसानी से कम करना:

आर ^{n +} + ने ^- => आर

यही है, धातु आर की एक परत बन जाएगी और इलेक्ट्रोड इसलिए भारी हो जाएगा; जबकि धातु एम अपने परमाणुओं को भंग करने के कारण द्रव्यमान खो देगा।

Depolarizers

क्या होगा अगर कोई धातु के पिंजरे नहीं थे जो आसानी से पर्याप्त रूप से कम हो सकते हैं? उस स्थिति में, माध्यम में मौजूद अन्य प्रजातियां इलेक्ट्रॉनों को ले जाएंगी: विध्रुवणक। ये pH: O ₂, H ⁺, OH ^- और H ₂ O से निकटता से संबंधित हैं ।

निम्नलिखित रासायनिक समीकरण द्वारा व्यक्त की गई प्रतिक्रिया में ऑक्सीजन और पानी का लाभ इलेक्ट्रॉन:

O ₂ + 2H ₂ O + 4e ^- => 4OH ^-

जबकि H ⁺ आयन H ₂ में बदल जाते हैं:

2H ⁺ + 2e ^- => H ₂

इसका अर्थ है ओएच प्रजातियां ^- और एच ₂ सामान्य उत्पाद गैल्वेनिक या विद्युत रासायनिक संक्षारण हैं।

भले ही धातु आर किसी भी प्रतिक्रिया में भाग नहीं लेता है, यह तथ्य कि यह एम से अधिक महान है, इसके ऑक्सीकरण को बढ़ावा देता है; और परिणामस्वरूप, OH ^- आयनों या हाइड्रोजन गैस का अधिक उत्पादन होगा । क्योंकि, आखिरकार, यह इन प्रक्रियाओं के मुख्य चालकों में से एक, afterE, कमी क्षमता के बीच का अंतर है।

लोहे का क्षरण

लोहे के लिए जंग तंत्र। स्रोत: विकिपीडिया

पिछली स्पष्टीकरणों के बाद, लोहे के जंग के उदाहरण को संबोधित किया जा सकता है (शीर्ष छवि)। मान लीजिए कि पानी की एक पतली परत है जिसमें ऑक्सीजन घुल जाता है। अन्य धातुओं की उपस्थिति के बिना, यह विध्रुवणक होगा जो प्रतिक्रिया के लिए दिशानिर्देश निर्धारित करेगा।

इस प्रकार, लोहा अपनी सतह से कुछ परमाणुओं को पानी में घुलने के लिए खो देगा जैसे कि Fe ²⁺ कटेशन:

Fe => Fe ²⁺ + 2e ^-

दो इलेक्ट्रॉनों लोहे के टुकड़े के माध्यम से यात्रा करेंगे क्योंकि यह बिजली का एक अच्छा कंडक्टर है। तो जहां ऑक्सीकरण या एनोड साइट शुरू हुई है; लेकिन नहीं जहां कमी या कैथोडिक साइट का स्थान आगे बढ़ेगा। कैथोड साइट कहीं भी हो सकती है; और इसका संभावित क्षेत्र जितना बड़ा होगा, धातु उतनी ही खराब होगी।

मान लीजिए कि इलेक्ट्रॉन एक बिंदु पर पहुंच गए जैसा कि ऊपर की छवि में दिखाया गया है। ऑक्सीजन और पानी दोनों पहले से वर्णित प्रतिक्रिया से गुजरते हैं, जिसके द्वारा OH ^- जारी किया जाता है । ये ओएच ^- आयनों Fe ^{2+ के} साथ Fe (OH) ₂ बनाने के लिए प्रतिक्रिया कर सकते हैं, जो बाद में ऑक्सीकरणों को उपजी है और इससे गुजरता है जो अंततः इसे जंग में बदल देता है।

इस बीच, एनोड साइट अधिक से अधिक टूट रही है।

उदाहरण

रोजमर्रा की जिंदगी में गैल्वेनिक जंग के उदाहरण कई हैं। हमें लोहे के मुकुट का उल्लेख करने की आवश्यकता नहीं है: धातुओं से बनी कोई भी कलाकृति नम और नमकीन वातावरण की उपस्थिति में एक ही प्रक्रिया से गुजर सकती है।

समुद्र तट के अलावा, सर्दी भी जंग के लिए आदर्श स्थिति प्रदान कर सकती है; उदाहरण के लिए, जब सड़क पर बर्फ को बर्फ से ढंकना होता है ताकि कारों को स्किडिंग से बचाया जा सके।

भौतिक दृष्टिकोण से, दो धातुओं के वेल्डेड जोड़ों में नमी को बनाए रखा जा सकता है, जो जंग के सक्रिय स्थल हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि दोनों धातुएं दो इलेक्ट्रोड की तरह व्यवहार करती हैं, और अधिक प्रतिक्रियाशील एक अपने इलेक्ट्रॉनों को खो देता है।

यदि ओएच ^- आयनों का उत्पादन विचारणीय है, तो यह कार या पेंट के उपकरण को भी विस्थापित कर सकता है।

एनोडिक सूचकांक

एक कमी संभावित तालिकाओं के उपयोग गैल्वेनिक जंग के अपने स्वयं के उदाहरण का निर्माण कर सकते हैं। हालांकि, इस बिंदु को चित्रित करने के लिए एनोडिक इंडेक्स टेबल (सरलीकृत प्रति से) चुना जाएगा।

विभिन्न धातुओं या मिश्र धातुओं के लिए एनोडिक संकेत। स्रोत: विकिपीडिया

उदाहरण के लिए मान लीजिए कि हम एक इलेक्ट्रोकेमिकल सेल बनाना चाहते थे। एनोडिक इंडेक्स टेबल के शीर्ष पर जो धातुएं हैं वे अधिक कैथोडिक हैं; यही है, वे आसानी से कम हो जाते हैं और इसलिए उन्हें हल करना मुश्किल होगा। जबकि तल पर जो धातुएं हैं, वे अधिक एनोडिक या प्रतिक्रियाशील हैं, और वे आसानी से खुरचना करते हैं।

यदि हम सोना और बेरिलियम चुनते हैं, तो दोनों धातुएं लंबे समय तक एक साथ नहीं रह सकती हैं, क्योंकि बेरिलियम बहुत जल्दी ऑक्सीकरण करेगा।

और अगर, दूसरी तरफ, हमारे पास Ag ⁺ आयनों का एक समाधान है और हम इसमें एक एल्यूमीनियम बार विसर्जित करते हैं, तो यह उसी समय भंग हो जाएगा जब धातु के चांदी के कणों का वेग होता है। यदि यह बार एक ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड से जुड़ा होता है, तो इलेक्ट्रॉन इसे विद्युत रूप से चांदी पर चांदी फिल्म के रूप में जमा करते हैं।

और अगर एल्यूमीनियम बार के बजाय यह तांबे से बना था, तो पानी में घन ²⁺ आयनों की उपस्थिति के कारण घोल नीला हो जाएगा ।

विद्युत रासायनिक संरक्षण

यज्ञीय लेप

मान लीजिए कि आप अन्य धातुओं की उपस्थिति में एक जस्ता शीट को जंग से बचाना चाहते हैं। सबसे सरल विकल्प मैग्नीशियम जोड़ना होगा, जो जस्ता को कोट करेगा, ताकि एक बार ऑक्सीकरण हो जाने के बाद, मैग्नीशियम से मुक्त इलेक्ट्रॉनों से जेडएन ²⁺ केशन कम हो जाएं।

हालांकि, जिंक पर MgO फिल्म बाद में बजाय जल्द ही क्रैकिंग को समाप्त करेगी, उच्च वर्तमान घनत्व एनोड साइट्स प्रदान करेगी; यह है कि, जस्ता की जंग बस उन बिंदुओं पर तेजी से बढ़ेगी।

इलेक्ट्रोकेमिकल जंग से बचाने की इस तकनीक को बलि के कोटिंग्स के उपयोग के रूप में जाना जाता है। सबसे अच्छा ज्ञात जस्ता है, जिसे गैल्वनाइजिंग नामक प्रसिद्ध तकनीक में उपयोग किया जाता है। उनमें, धातु एम, विशेष रूप से लोहा, जस्ता (Fe / Zn) के साथ लेपित है।

फिर से, जस्ता ऑक्सीकरण होता है और इसका ऑक्साइड लोहे को ढंकने और उसमें इलेक्ट्रॉनों को संचारित करने का कार्य करता है जो कि बनने वाले Fe ^{2+ को} कम कर सकते हैं।

नोबल कोटिंग्स

फिर से मान लीजिए कि आप जस्ता की एक ही शीट की रक्षा करना चाहते हैं, लेकिन अब आप मैग्नीशियम के बजाय क्रोमियम का उपयोग करेंगे। क्रोमियम जस्ता की तुलना में अधिक महान (अधिक कैथोडिक, एनोडिक संख्याओं की तालिका देखें) है, और इसलिए यह एक महान कोटिंग के रूप में काम करता है।

इस प्रकार की कोटिंग के साथ समस्या यह है कि एक बार जब यह दरार हो जाती है, तो यह धातु के ऑक्सीकरण को और बढ़ावा देगा और नीचे की ओर बढ़ेगा; इस मामले में, जस्ता मैग्नीशियम के साथ लेपित होने की तुलना में भी अधिक बढ़ेगा।

और अंत में, अन्य कोटिंग्स हैं जिनमें पेंट, प्लास्टिक, एंटीऑक्सिडेंट, वसा, रेजिन आदि शामिल हैं।

बच्चों के लिए प्रयोग

तांबे के लवण के विघटन में लोहे की प्लेट

एक सरल प्रयोग एनोड सूचकांकों की एक ही तालिका से तैयार किया जा सकता है। CuSO ₄ · 5H ₂ O की उचित मात्रा (10 ग्राम से कम) को पानी में घोलकर एक बच्चे को पॉलिश की हुई लोहे की प्लेट में डुबोने के लिए कहा जाता है। एक तस्वीर ली गई है और प्रक्रिया को कुछ हफ़्ते के लिए प्रकट करने की अनुमति है।

समाधान शुरू में नीला है, लेकिन लोहे की प्लेट तांबे के रंग में बदल जाती है। यह इस तथ्य के कारण है कि तांबा लोहे की तुलना में अधिक महान है, और इसलिए लोहे के ऑक्सीकरण द्वारा दिए गए आयनों से धातु के तांबे के लिए इसके घन ²⁺ उद्धरण कम हो जाएंगे:

Fe => Fe ²⁺ + 2e ^-

Cu ²⁺ + 2e ^- => Cu

सिल्वर ऑक्साइड की सफाई

सिल्वर ऑब्जेक्ट समय के साथ काले हो जाते हैं, खासकर यदि वे सल्फर यौगिकों के स्रोत के संपर्क में हों। बेकिंग सोडा और एल्यूमीनियम पन्नी के साथ पानी के एक टब में वस्तु को डुबो कर इसके जंग को हटाया जा सकता है। बाइकार्बोनेट इलेक्ट्रोलाइट्स प्रदान करता है जो ऑब्जेक्ट और एल्यूमीनियम के बीच इलेक्ट्रॉनों के परिवहन की सुविधा प्रदान करेगा।

नतीजतन, बच्चा इस बात की सराहना करेगा कि वस्तु अपने काले धब्बे खो देती है और इसकी विशेषता चांदी के रंग के साथ चमक जाएगी; जबकि एल्यूमीनियम पन्नी गायब हो जाएगा।

संदर्भ

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