इलेक्ट्रोलाइटिक सेल: Difference between revisions
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[[Image:Electrolyser 1884.png|thumb|right|190px| [[ऑक्सीहाइड्रोजन]] के उत्पादन के लिए उन्नीसवीं सदी के वैद्युतअपघटनी सेल]]एक '''वैद्युतअपघटनी सेल''' एक [[ विद्युत रासायनिक | [[Image:Electrolyser 1884.png|thumb|right|190px| [[ऑक्सीहाइड्रोजन]] के उत्पादन के लिए उन्नीसवीं सदी के वैद्युतअपघटनी सेल]]एक '''वैद्युतअपघटनी सेल''' एक [[विद्युत रासायनिक सेल]] है जो एक [[रासायनिक प्रतिक्रिया]] को बल देने के लिए [[विद्युत ऊर्जा]] के बाहरी स्रोत का उपयोग करता है जो अन्यथा नहीं होता। बाहरी ऊर्जा स्रोत सेल के दो [[इलेक्ट्रोड]] के बीच लागू [[वोल्टेज|वोल्टेज (विद्युत संचालन शक्ति]]) है; एक [[एनोड|ऐनोड]] (धनात्मक आवेश इलेक्ट्रोड) और एक [[कैथोड]] (ऋणात्मक आवेश इलेक्ट्रोड), जो एक [[वैद्युतअपघट्य|विद्युत-अपघट्य]] विलयन में डूबे हुए हैं।<ref name=Skoog/>यह एक [[विद्युत-शक्ति-संबंधी]] (गैल्वेनिक सेल) के विपरीत है, जो स्वयं विद्युत ऊर्जा का स्रोत है और एक [[इलेक्ट्रिक बैटरी|बैटरी]] का आधार है। एक गैल्वेनिक सेल में होने वाली शुद्ध प्रतिक्रिया एक [[सहज प्रक्रिया|सहज प्रतिक्रिया]] है, अर्थात [[गिब्स मुक्त ऊर्जा]] -ve रहती है, जबकि एक वैद्युतअपघटनी सेल में होने वाली [[शुद्ध प्रतिक्रिया]] इस [[सहज प्रक्रिया|सहज प्रतिक्रिया]] के विपरीत होती है, यानी गिब्स मुक्त ऊर्जा +ve होती है।<ref>{{cite book | last=Harris | first=Daniel C. | title=मात्रात्मक रासायनिक विश्लेषण| publisher=W.H. Freeman and Co | publication-place=New York | date=2010 | isbn=978-1-4292-1815-3 | oclc=540161465}}</ref><ref name=Skoog>{{cite book | last=Skoog | first=Douglas A. | last2=West | first2=Donald M. | last3=Holler | first3=F. James | last4=Crouch | first4=Stanley R. | title=विश्लेषणात्मक रसायन विज्ञान के मूल तत्व| publication-place=Belmont, CA | date=2014 | isbn=978-0-495-55828-6 | oclc=824171785}}</ref> | ||
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एक | एक विद्युत् अपघटनी सेल में, एक बाहरी वोल्टेज द्वारा सेल के माध्यम से विद्युत प्रवाहित किया जाता है, जिससे एक गैर-[[सहज प्रक्रिया|सहज]] रासायनिक प्रतिक्रिया आगे बढ़ती है। एक गैल्वेनिक सेल में, एक स्वतः रासायनिक प्रतिक्रिया की प्रगति से विद्युत धारा प्रवाहित होती है। विद्युत अपघटनी सेल और एक गैल्वेनिक सेल के बीच की स्थिति में एक [[साम्य]] वैद्युतरासायनिक सेल उपस्थित है। बाहरी विद्युत परिपथ के माध्यम से विद्युत धारा को पुश करने के लिए एक सहज प्रतिक्रिया की प्रवृत्ति एक [[विरोधी विद्युत्वाहक बल|प्रति-विद्युत बल]] द्वारा पूर्णतया संतुलित होती है ताकि कोई विद्युत धारा प्रवाहित न हो। यदि विरोधी विद्युत्वाहक बल बढ़ाया जाता है, तो सेल वैद्युतअपघटनी सेल बन जाती है, और यदि यह कम हो जाती है, तो सेल गैल्वेनिक सेल बन जाती है।<ref>{{cite book | last=Mortimer | first=Robert G. | title=भौतिक रसायन| publisher=Academic Press/Elsevier | publication-place=Amsterdam | date=2008 | isbn=978-0-12-370617-1 | oclc=196313033}}</ref> | ||
एक वैद्युतअपघटनी सेल में तीन घटक होते हैं: एक [[वैद्युतअपघट्य]] और दो इलेक्ट्रोड (एक [[कैथोड]] और एक [[एनोड]])। [[वैद्युतअपघट्य]] आमतौर पर [[पानी|जल]] या अन्य [[विलायक]] का एक [[समाधान (रसायन विज्ञान)|विलयन]] होता है जिसमें [[आयन]] | एक वैद्युतअपघटनी सेल में तीन घटक होते हैं: एक [[वैद्युतअपघट्य|विद्युत्अपघटय]] और दो इलेक्ट्रोड (एक [[कैथोड]] और एक [[एनोड]])। [[वैद्युतअपघट्य|विद्युत्अपघटय]] आमतौर पर [[पानी|जल]] या अन्य [[विलायक]] का एक [[समाधान (रसायन विज्ञान)|विलयन]] होता है जिसमें [[आयन]] विलेय हो जाते हैं। [[पिघला हुआ नमक]] जैसे [[सोडियम क्लोराइड]] भी [[वैद्युतअपघट्य|विद्युत्अपघटय]] के रूप में कार्य कर सकता है। जब इलेक्ट्रोड पर लगाए गए बाहरी वोल्टेज द्वारा संचालित होने पर, विद्युत्अपघटय में आयन विपरीत [[ बिजली का आवेश |आवेश]] वाले इलेक्ट्रोड की ओर आकर्षित होते हैं, जहां आवेश स्थानान्तरण (जिसे फैराडिसी या [[ रिडॉक्स |रेडॉक्स]]भी कहा जाता है) प्रतिक्रियाएं हो सकती हैं। केवल सही ध्रुवता वाला एक '''<small>वैद्युतअपघटनी सेल</small> और''' पर्याप्त परिमाण की बाहरी [[विद्युत क्षमता]] (यानी, वोल्टेज) विलयन में सामान्य रूप से स्थिर या [[निष्क्रिय]], रासायनिक यौगिक को विघटित कर सकता है। प्रदान की गई विद्युत ऊर्जा एक रासायनिक प्रतिक्रिया का कारण बन सकती है जो अन्यथा अनायास नहीं होगी। | ||
[[माइकल फैराडे]] ने एक सेल के कैथोड को इलेक्ट्रोड के रूप में परिभाषित किया, जिसके लिए धनायन (धनात्मक रूप से आवेशित आयन, जैसे चांदी के आयन Ag+) सेल के | [[माइकल फैराडे]] ने एक सेल के कैथोड को इलेक्ट्रोड के रूप में परिभाषित किया, जिसके लिए धनायन (धनात्मक रूप से आवेशित आयन, जैसे चांदी के आयन Ag+) सेल के अंदर प्रवाह, उस इलेक्ट्रोड से इलेक्ट्रॉनों (ऋणात्मक आवेश ) के साथ प्रतिक्रिया करके कम किया जा सकता है। इसी तरह, उन्होंने एनोड को उस इलेक्ट्रोड के रूप में परिभाषित किया जिससे आयन (ऋणात्मकरूप से आवेशित आयन, जैसे क्लोराइड आयन Cl{{Su|p=−}}) सेल के अंदर धारा, इलेक्ट्रोड पर इलेक्ट्रॉनों को संग्रह करके ऑक्सीकृत किया जाना। विद्युत परिपथ बनाने वाले गैल्वेनिक सेल (या बैटरी) के इलेक्ट्रोड से जुड़े बाहरी तार के लिए, कैथोड धनात्मक और एनोड ऋणात्मक होता है। गैल्वेनिक सेल की स्थिति में, कैथोड से एनोड तक बाहरी परिपथ के माध्यम से विद्युत प्रवाह प्रवाहित होता है। | ||
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[[File:ElectrolyticReduction.ogg|thumb|right|इंडियानापोलिस के बच्चों के संग्रहालय में कैप्टन किड की | [[File:ElectrolyticReduction.ogg|thumb|right|इंडियानापोलिस के बच्चों के संग्रहालय में कैप्टन किड की केनन पर उपयोग के रूप में विद्युत्अपघट्य कमी की प्रक्रिया का वर्णन करने वाला एक वीडियो]]वैद्युतअपघटनी सेल का उपयोग प्रायः रासायनिक यौगिकों को विघटित करने के लिए किया जाता है, [[विद्युत-अपघट्य|विद्युतपघटन]] नामक एक प्रक्रिया में - ''विद्युत का अर्थ बिजली'' और ग्रीक शब्द ''लिसिस का अर्थ है टूटना''।<ref>{{Cite web |title=इलेक्ट्रो - परिभाषा और अर्थ|url=https://www.collinsdictionary.com/dictionary/english/electro |url-status=live |access-date=November 22, 2022 |website=Collins Dictionary}}</ref> विद्युतपघटन के महत्वपूर्ण उदाहरण जल का [[हाइड्रोजन]] और [[ऑक्सीजन]] में अपघटन, और [[ बाक्साइट ]]का [[अल्युमीनियम|एल्यूमीनियम]] और अन्य रसायनों में अपघटन है। [[विद्युत आवरण|विद्युत लेपन]] (जैसे, तांबा, चांदी, निकल या क्रोमियम) वैद्युतअपघटनी सेल का उपयोग करके किया जाता है। विद्युतपघटन एक ऐसी प्रविधि है जो प्रत्यक्ष [[विद्युत]] धारा (डीसी) का उपयोग करती है। | ||
व्यावसायिक रूप से, वैद्युतअपघटनी सेल का उपयोग कई गैर-लौह धातुओं के वैद्युतपरिष्करण और [[इलेक्ट्रोविनिंग|वैद्युतप्रापण]] में किया जाता है। अधिकांश उच्च शुद्धता वाले [[एल्यूमीनियम]], [[तांबा]], [[जस्ता]] और [[सीसा]] औद्योगिक रूप से वैद्युतअपघटनी सेल में उत्पादित होते हैं। | व्यावसायिक रूप से, वैद्युतअपघटनी सेल का उपयोग कई गैर-लौह धातुओं के वैद्युतपरिष्करण और [[इलेक्ट्रोविनिंग|वैद्युतप्रापण]] में किया जाता है। अधिकांश उच्च शुद्धता वाले [[एल्यूमीनियम]], [[तांबा]], [[जस्ता]] और [[सीसा]] औद्योगिक रूप से वैद्युतअपघटनी सेल में उत्पादित होते हैं। | ||
जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, जल, विशेष रूप से जब आयन जोड़े जाते हैं (खारा या अम्लीय जल), [[वैद्युत अपघटक]] ( | जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, जल, विशेष रूप से जब आयन जोड़े जाते हैं (खारा या अम्लीय जल), [[वैद्युत अपघटक|वैद्युत अपघटित्र]] ([[बिजली द्वारा रासायनिक विश्लेषण]] से प्राप्त) हो सकता है। वोल्टेज के बाहरी स्रोत द्वारा संचालित होने पर, हाइड्रोजन (H{{Su|p=+}}) आयन एक अपचयन अभिक्रिया में हाइड्रोजन गैस उत्पन्न करने के लिए इलेक्ट्रॉनों के साथ संयोजन करने के लिए कैथोड में प्रवाहित होते हैं। इसी प्रकार, हाइड्रॉक्साइड (OH{{Su|p=−}}) आयन इलेक्ट्रॉनों को त्यागने के लिए एनोड में प्रवाहित होते हैं और एक हाइड्रोजन (H{{Su|p=+}}) आयन ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया में ऑक्सीजन गैस का उत्पादन करने के लिए। | ||
पिघले हुए सोडियम क्लोराइड (NaCl) में, एनोड क्लोराइड आयनों (Cl−) को तब ऑक्सीकृत करता है, जब नमक में धारा प्रवाहित किया जाता है। क्लोरीन गैस के लिए, यह एनोड में इलेक्ट्रॉनों को त्यागता है। इसी प्रकार, कैथोड सोडियम आयन (Na{{Su|p=+}}), जो कैथोड से इलेक्ट्रॉनों को स्वीकार करता है और उन्हें कैथोड पर सोडियम धातु के रूप में एकत्रित करता है। | |||
सोडियम क्लोराइड जिसे जल में घोल दिया गया है, उसे भी | सोडियम क्लोराइड जिसे जल में घोल दिया गया है, उसे भी विद्युदपघटित्र किया जा सकता है। एनोड क्लोराइड (Cl−) आयनों का ऑक्सीकरण करता है और क्लोरीन (Cl<sub>2</sub>) गैस उत्पन्न करता है। हालांकि, कैथोड पर, सोडियम आयनों को सोडियम धातु में कम करने के बदले में, जल के अणु हाइड्रॉक्साइड आयनों (OH−)में कम किया जाता है और हाइड्रोजन गैस (H<sub>2</sub>) | वैद्युतअपघटन का समस्त परिणाम [[क्लोरीन]] गैस, हाइड्रोजन गैस और जलीय [[सोडियम हाइड्रॉक्साइड]] (NaOH) विलयन का उत्पादन है। | ||
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एक वैद्युतअपघटनी सेल एक विद्युत रासायनिक सेल है जो एक रासायनिक प्रतिक्रिया को बल देने के लिए विद्युत ऊर्जा के बाहरी स्रोत का उपयोग करता है जो अन्यथा नहीं होता। बाहरी ऊर्जा स्रोत सेल के दो इलेक्ट्रोड के बीच लागू वोल्टेज (विद्युत संचालन शक्ति) है; एक ऐनोड (धनात्मक आवेश इलेक्ट्रोड) और एक कैथोड (ऋणात्मक आवेश इलेक्ट्रोड), जो एक विद्युत-अपघट्य विलयन में डूबे हुए हैं।[1]यह एक विद्युत-शक्ति-संबंधी (गैल्वेनिक सेल) के विपरीत है, जो स्वयं विद्युत ऊर्जा का स्रोत है और एक बैटरी का आधार है। एक गैल्वेनिक सेल में होने वाली शुद्ध प्रतिक्रिया एक सहज प्रतिक्रिया है, अर्थात गिब्स मुक्त ऊर्जा -ve रहती है, जबकि एक वैद्युतअपघटनी सेल में होने वाली शुद्ध प्रतिक्रिया इस सहज प्रतिक्रिया के विपरीत होती है, यानी गिब्स मुक्त ऊर्जा +ve होती है।[2][1]
सिद्धांत
एक विद्युत् अपघटनी सेल में, एक बाहरी वोल्टेज द्वारा सेल के माध्यम से विद्युत प्रवाहित किया जाता है, जिससे एक गैर-सहज रासायनिक प्रतिक्रिया आगे बढ़ती है। एक गैल्वेनिक सेल में, एक स्वतः रासायनिक प्रतिक्रिया की प्रगति से विद्युत धारा प्रवाहित होती है। विद्युत अपघटनी सेल और एक गैल्वेनिक सेल के बीच की स्थिति में एक साम्य वैद्युतरासायनिक सेल उपस्थित है। बाहरी विद्युत परिपथ के माध्यम से विद्युत धारा को पुश करने के लिए एक सहज प्रतिक्रिया की प्रवृत्ति एक प्रति-विद्युत बल द्वारा पूर्णतया संतुलित होती है ताकि कोई विद्युत धारा प्रवाहित न हो। यदि विरोधी विद्युत्वाहक बल बढ़ाया जाता है, तो सेल वैद्युतअपघटनी सेल बन जाती है, और यदि यह कम हो जाती है, तो सेल गैल्वेनिक सेल बन जाती है।[3]
एक वैद्युतअपघटनी सेल में तीन घटक होते हैं: एक विद्युत्अपघटय और दो इलेक्ट्रोड (एक कैथोड और एक एनोड)। विद्युत्अपघटय आमतौर पर जल या अन्य विलायक का एक विलयन होता है जिसमें आयन विलेय हो जाते हैं। पिघला हुआ नमक जैसे सोडियम क्लोराइड भी विद्युत्अपघटय के रूप में कार्य कर सकता है। जब इलेक्ट्रोड पर लगाए गए बाहरी वोल्टेज द्वारा संचालित होने पर, विद्युत्अपघटय में आयन विपरीत आवेश वाले इलेक्ट्रोड की ओर आकर्षित होते हैं, जहां आवेश स्थानान्तरण (जिसे फैराडिसी या रेडॉक्सभी कहा जाता है) प्रतिक्रियाएं हो सकती हैं। केवल सही ध्रुवता वाला एक वैद्युतअपघटनी सेल और पर्याप्त परिमाण की बाहरी विद्युत क्षमता (यानी, वोल्टेज) विलयन में सामान्य रूप से स्थिर या निष्क्रिय, रासायनिक यौगिक को विघटित कर सकता है। प्रदान की गई विद्युत ऊर्जा एक रासायनिक प्रतिक्रिया का कारण बन सकती है जो अन्यथा अनायास नहीं होगी।
माइकल फैराडे ने एक सेल के कैथोड को इलेक्ट्रोड के रूप में परिभाषित किया, जिसके लिए धनायन (धनात्मक रूप से आवेशित आयन, जैसे चांदी के आयन Ag+) सेल के अंदर प्रवाह, उस इलेक्ट्रोड से इलेक्ट्रॉनों (ऋणात्मक आवेश ) के साथ प्रतिक्रिया करके कम किया जा सकता है। इसी तरह, उन्होंने एनोड को उस इलेक्ट्रोड के रूप में परिभाषित किया जिससे आयन (ऋणात्मकरूप से आवेशित आयन, जैसे क्लोराइड आयन Cl−
) सेल के अंदर धारा, इलेक्ट्रोड पर इलेक्ट्रॉनों को संग्रह करके ऑक्सीकृत किया जाना। विद्युत परिपथ बनाने वाले गैल्वेनिक सेल (या बैटरी) के इलेक्ट्रोड से जुड़े बाहरी तार के लिए, कैथोड धनात्मक और एनोड ऋणात्मक होता है। गैल्वेनिक सेल की स्थिति में, कैथोड से एनोड तक बाहरी परिपथ के माध्यम से विद्युत प्रवाह प्रवाहित होता है।
अनुप्रयोग
वैद्युतअपघटनी सेल का उपयोग प्रायः रासायनिक यौगिकों को विघटित करने के लिए किया जाता है, विद्युतपघटन नामक एक प्रक्रिया में - विद्युत का अर्थ बिजली और ग्रीक शब्द लिसिस का अर्थ है टूटना।[4] विद्युतपघटन के महत्वपूर्ण उदाहरण जल का हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में अपघटन, और बाक्साइट का एल्यूमीनियम और अन्य रसायनों में अपघटन है। विद्युत लेपन (जैसे, तांबा, चांदी, निकल या क्रोमियम) वैद्युतअपघटनी सेल का उपयोग करके किया जाता है। विद्युतपघटन एक ऐसी प्रविधि है जो प्रत्यक्ष विद्युत धारा (डीसी) का उपयोग करती है।
व्यावसायिक रूप से, वैद्युतअपघटनी सेल का उपयोग कई गैर-लौह धातुओं के वैद्युतपरिष्करण और वैद्युतप्रापण में किया जाता है। अधिकांश उच्च शुद्धता वाले एल्यूमीनियम, तांबा, जस्ता और सीसा औद्योगिक रूप से वैद्युतअपघटनी सेल में उत्पादित होते हैं।
जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, जल, विशेष रूप से जब आयन जोड़े जाते हैं (खारा या अम्लीय जल), वैद्युत अपघटित्र (बिजली द्वारा रासायनिक विश्लेषण से प्राप्त) हो सकता है। वोल्टेज के बाहरी स्रोत द्वारा संचालित होने पर, हाइड्रोजन (H+
) आयन एक अपचयन अभिक्रिया में हाइड्रोजन गैस उत्पन्न करने के लिए इलेक्ट्रॉनों के साथ संयोजन करने के लिए कैथोड में प्रवाहित होते हैं। इसी प्रकार, हाइड्रॉक्साइड (OH−
) आयन इलेक्ट्रॉनों को त्यागने के लिए एनोड में प्रवाहित होते हैं और एक हाइड्रोजन (H+
) आयन ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया में ऑक्सीजन गैस का उत्पादन करने के लिए।
पिघले हुए सोडियम क्लोराइड (NaCl) में, एनोड क्लोराइड आयनों (Cl−) को तब ऑक्सीकृत करता है, जब नमक में धारा प्रवाहित किया जाता है। क्लोरीन गैस के लिए, यह एनोड में इलेक्ट्रॉनों को त्यागता है। इसी प्रकार, कैथोड सोडियम आयन (Na+
), जो कैथोड से इलेक्ट्रॉनों को स्वीकार करता है और उन्हें कैथोड पर सोडियम धातु के रूप में एकत्रित करता है।
सोडियम क्लोराइड जिसे जल में घोल दिया गया है, उसे भी विद्युदपघटित्र किया जा सकता है। एनोड क्लोराइड (Cl−) आयनों का ऑक्सीकरण करता है और क्लोरीन (Cl2) गैस उत्पन्न करता है। हालांकि, कैथोड पर, सोडियम आयनों को सोडियम धातु में कम करने के बदले में, जल के अणु हाइड्रॉक्साइड आयनों (OH−)में कम किया जाता है और हाइड्रोजन गैस (H2) | वैद्युतअपघटन का समस्त परिणाम क्लोरीन गैस, हाइड्रोजन गैस और जलीय सोडियम हाइड्रॉक्साइड (NaOH) विलयन का उत्पादन है।
यह भी देखें
संदर्भ
- ↑ 1.0 1.1 Skoog, Douglas A.; West, Donald M.; Holler, F. James; Crouch, Stanley R. (2014). विश्लेषणात्मक रसायन विज्ञान के मूल तत्व. Belmont, CA. ISBN 978-0-495-55828-6. OCLC 824171785.
{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link) - ↑ Harris, Daniel C. (2010). मात्रात्मक रासायनिक विश्लेषण. New York: W.H. Freeman and Co. ISBN 978-1-4292-1815-3. OCLC 540161465.
- ↑ Mortimer, Robert G. (2008). भौतिक रसायन. Amsterdam: Academic Press/Elsevier. ISBN 978-0-12-370617-1. OCLC 196313033.
- ↑ "इलेक्ट्रो - परिभाषा और अर्थ". Collins Dictionary. Retrieved November 22, 2022.
{{cite web}}: CS1 maint: url-status (link)
