ವಿದ್ಯುದ್ವಿಚ್ಛೇದ್ಯ ಕೋಶಗಳ ಉದಾಹರಣೆ ಪ್ರಶ್ನೆಗಳು ಮತ್ತು ಚರ್ಚೆ
ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಲೈಟಿಕ್ ಕೋಶವು ವಿದ್ಯುತ್ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಸ್ವಯಂಪ್ರೇರಿತವಲ್ಲದ ರಾಸಾಯನಿಕ ಕ್ರಿಯೆಯಾಗಿ ಪರಿವರ್ತಿಸಲು ಬಳಸುವ ಸಾಧನವಾಗಿದೆ, ಇದು ವೋಲ್ಟಾಯಿಕ್ ಕೋಶ ಅಥವಾ ಗಾಲ್ವನಿಕ್ ಕೋಶಕ್ಕಿಂತ ಭಿನ್ನವಾಗಿದೆ, ಇದು ರಾಸಾಯನಿಕ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ವಿದ್ಯುತ್ ಶಕ್ತಿಯನ್ನಾಗಿ ಪರಿವರ್ತಿಸುತ್ತದೆ. ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಲೈಟಿಕ್ ಕೋಶದಲ್ಲಿ, ಹೆಚ್ಚುವರಿ ವಿದ್ಯುತ್ ಶಕ್ತಿಯಿಲ್ಲದೆ ಸಂಭವಿಸದ ರಾಸಾಯನಿಕ ಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ಒತ್ತಾಯಿಸಲು ವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರವಾಹವನ್ನು ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಶುದ್ಧ ಲೋಹಗಳ ಉತ್ಪಾದನೆ, ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಮತ್ತು ಆಮ್ಲಜನಕವನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸಲು ನೀರಿನ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆ ಮತ್ತು ಇನ್ನೂ ಅನೇಕ ಕೈಗಾರಿಕಾ ಅನ್ವಯಿಕೆಗಳಲ್ಲಿ ಈ ಪರಿಕಲ್ಪನೆಯು ನಿರ್ಣಾಯಕವಾಗಿದೆ.
ಈ ಲೇಖನವು ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆಯ ಸಮಸ್ಯೆಗಳ ಹಲವಾರು ಉದಾಹರಣೆಗಳನ್ನು ಮತ್ತು ಅವುಗಳ ಚರ್ಚೆಗಳನ್ನು ಚರ್ಚಿಸುತ್ತದೆ, ಇದು ವಿದ್ಯಾರ್ಥಿಗಳು ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆಯ ಕೋಶಗಳ ಪರಿಕಲ್ಪನೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚು ಆಳವಾಗಿ ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳಲು ಸಹಾಯ ಮಾಡುತ್ತದೆ.
ಉದಾಹರಣೆ ಪ್ರಶ್ನೆ 1: NaCl ದ್ರಾವಣದ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆ
ಪರ್ತನ್ಯಾನ್
ಸೋಡಿಯಂ ಕ್ಲೋರೈಡ್ (NaCl) ದ್ರಾವಣವನ್ನು ಜಡ ವಿದ್ಯುದ್ವಾರಗಳನ್ನು ಬಳಸಿ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆ ಮಾಡಲಾಗುತ್ತದೆ. ಕ್ಯಾಥೋಡ್ ಮತ್ತು ಆನೋಡ್‌ನಲ್ಲಿ ಸಂಭವಿಸುವ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಗಳು ಮತ್ತು ಪ್ರತಿ ವಿದ್ಯುದ್ವಾರದಲ್ಲಿ ರೂಪುಗೊಂಡ ಉತ್ಪನ್ನಗಳನ್ನು ಬರೆಯಿರಿ.
ಚರ್ಚೆ
ವಿದ್ಯುದ್ವಿಚ್ಛೇದನ ಕೋಶದಲ್ಲಿ, ಎರಡು ವಿದ್ಯುದ್ವಾರಗಳಿವೆ: ಕ್ಯಾಥೋಡ್ (ಋಣಾತ್ಮಕ ವಿದ್ಯುದ್ವಾರ) ಮತ್ತು ಆನೋಡ್ (ಧನಾತ್ಮಕ ವಿದ್ಯುದ್ವಾರ). NaCl ದ್ರಾವಣದ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆಯು ಎರಡು ಹಂತಗಳಲ್ಲಿ ಸಂಭವಿಸುತ್ತದೆ: ಕ್ಯಾಥೋಡ್‌ನಲ್ಲಿನ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ ಮತ್ತು ಆನೋಡ್‌ನಲ್ಲಿನ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ.
1. ಕ್ಯಾಥೋಡ್‌ನಲ್ಲಿ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ:
ಕ್ಯಾಥೋಡ್‌ನಲ್ಲಿ, ಒಳಗೊಂಡಿರುವ ಅಯಾನುಗಳು Na^+ ಅಯಾನುಗಳು ಮತ್ತು H_2O ಅಯಾನುಗಳಾಗಿವೆ. ಆದಾಗ್ಯೂ, H_2O ಅಯಾನುಗಳು ಅವುಗಳ ಹೆಚ್ಚಿನ ಕಡಿತ ಸಾಮರ್ಥ್ಯದಿಂದಾಗಿ Na^+ ಅಯಾನುಗಳಿಗಿಂತ ಸುಲಭವಾಗಿ ಕಡಿತಗೊಳ್ಳುತ್ತವೆ.
ಕ್ಯಾಥೋಡ್‌ನಲ್ಲಿ ಸಂಭವಿಸುವ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ:
""
2H₂O(l) + 2e⁻ → H₂(g) + 2OH⁻(aq) (ಕಡಿತ ವಿಭವ = -0.83 V)
""
ಕ್ಯಾಥೋಡ್‌ನಲ್ಲಿ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುವ ಉತ್ಪನ್ನವೆಂದರೆ ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಅನಿಲ (H₂).
2. ಆನೋಡ್‌ನಲ್ಲಿ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ:
ಆನೋಡ್‌ನಲ್ಲಿ, ಒಳಗೊಂಡಿರುವ ಅಯಾನುಗಳು Cl⁻ ಅಯಾನುಗಳು ಮತ್ತು H_2O ಅಯಾನುಗಳಾಗಿವೆ. Cl⁻ ಅಯಾನುಗಳು ಅವುಗಳ ಕಡಿಮೆ ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಣ ಸಾಮರ್ಥ್ಯದಿಂದಾಗಿ H_2O ಅಯಾನುಗಳಿಗಿಂತ ಸುಲಭವಾಗಿ ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಣಗೊಳ್ಳುತ್ತವೆ.
ಆನೋಡ್‌ನಲ್ಲಿ ಸಂಭವಿಸುವ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ:
""
2Cl⁻(aq) → Cl₂(g) + 2e⁻ (ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಣ ವಿಭವ = -1.36 V)
""
ಆನೋಡ್‌ನಲ್ಲಿ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುವ ಉತ್ಪನ್ನವೆಂದರೆ ಕ್ಲೋರಿನ್ ಅನಿಲ (Cl₂).
ಆದ್ದರಿಂದ, NaCl ದ್ರಾವಣದ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆಯಲ್ಲಿ, ಕ್ಯಾಥೋಡ್‌ನಲ್ಲಿ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುವ ಉತ್ಪನ್ನವು ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಅನಿಲ (H₂) ಮತ್ತು ಆನೋಡ್‌ನಲ್ಲಿ ಕ್ಲೋರಿನ್ ಅನಿಲ (Cl₂) ಆಗಿರುತ್ತದೆ.
ಉದಾಹರಣೆ ಪ್ರಶ್ನೆ 2: ತಾಮ್ರದ ವಿದ್ಯುದ್ವಾರಗಳೊಂದಿಗೆ CuSO₄ ದ್ರಾವಣದ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆ
ಪರ್ತನ್ಯಾನ್
ತಾಮ್ರದ ವಿದ್ಯುದ್ವಾರಗಳನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ತಾಮ್ರ(II) ಸಲ್ಫೇಟ್ (CuSO₄) ದ್ರಾವಣದ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆಯನ್ನು ನಡೆಸಲಾಯಿತು. ಕ್ಯಾಥೋಡ್ ಮತ್ತು ಆನೋಡ್‌ನಲ್ಲಿ ಸಂಭವಿಸುವ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಗಳು ಮತ್ತು ಪ್ರತಿ ವಿದ್ಯುದ್ವಾರದಲ್ಲಿ ರೂಪುಗೊಂಡ ಉತ್ಪನ್ನಗಳನ್ನು ಬರೆಯಿರಿ.
ಚರ್ಚೆ
ಈ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ, ವಿದ್ಯುದ್ವಾರವು ಜಡವಲ್ಲ, ಆದರೆ ತಾಮ್ರದ ವಿದ್ಯುದ್ವಾರವಾಗಿರುತ್ತದೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ವಿದ್ಯುದ್ವಾರವು ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯಿಸುತ್ತದೆ.
1. ಕ್ಯಾಥೋಡ್‌ನಲ್ಲಿ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ:
ಕ್ಯಾಥೋಡ್‌ನಲ್ಲಿ, ಆನೋಡ್‌ನಲ್ಲಿರುವ Cu²⁺ ಅಯಾನುಗಳು ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತವೆ.
""
Cu²⁺(aq) + 2e⁻ → Cu(s) (ಕಡಿತ ಸಂಭಾವ್ಯ = +0.34 V)
""
ಕ್ಯಾಥೋಡ್‌ನಲ್ಲಿ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುವ ಉತ್ಪನ್ನವು ಘನ ತಾಮ್ರ (Cu) ಆಗಿದ್ದು, ಇದನ್ನು ವಿದ್ಯುದ್ವಾರದ ಮೇಲೆ ಠೇವಣಿ ಮಾಡಲಾಗುತ್ತದೆ.
2. ಆನೋಡ್‌ನಲ್ಲಿ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ:
ಆನೋಡ್‌ನಲ್ಲಿ, ತಾಮ್ರದ ವಿದ್ಯುದ್ವಾರವು ಸ್ವತಃ ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಣಗೊಳ್ಳುತ್ತದೆ.
""
Cu(ಗಳು) → Cu²⁺(aq) + 2e⁻ (ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಣ ಸಾಮರ್ಥ್ಯ = -0.34 V)
""
ಆನೋಡ್‌ನಲ್ಲಿ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುವ ಉತ್ಪನ್ನವು Cu²⁺ ಅಯಾನುಗಳು.
ವಿದ್ಯುದ್ವಾರವು ತಾಮ್ರವಾಗಿರುವುದರಿಂದ, ದ್ರಾವಣದಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆಗೊಂಡ Cu²⁺ ಅಯಾನುಗಳನ್ನು ಆನೋಡ್ ವಿದ್ಯುದ್ವಾರದಲ್ಲಿ ತಾಮ್ರದ ಕರಗುವಿಕೆಯಿಂದ ಸರಿದೂಗಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ.
ಉದಾಹರಣೆ 3: ಲೋಹದ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ ಠೇವಣಿ
ಪರ್ತನ್ಯಾನ್
ವಿದ್ಯುದ್ವಿಚ್ಛೇದನ ಕೋಶದಲ್ಲಿ, 0.2 ಮೋಲ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು CuSO₄ ದ್ರಾವಣದ ಮೂಲಕ ಹರಿಯುತ್ತವೆ. ಕ್ಯಾಥೋಡ್‌ನಲ್ಲಿ ಎಷ್ಟು ಗ್ರಾಂ ತಾಮ್ರವನ್ನು ಸಂಗ್ರಹಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ?
ಚರ್ಚೆ
ಹರಿಯುವ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳ (F) ಮೋಲ್‌ಗಳ ಸಂಖ್ಯೆಯನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ಶೇಖರಿಸಲಾದ ಲೋಹದ ಮೋಲ್‌ಗಳ ಸಂಖ್ಯೆಯನ್ನು ನಿರ್ಧರಿಸಬಹುದು. ಲೋಹದ ಶೇಖರಣೆಗಾಗಿ ಫ್ಯಾರಡೆಯ ಸಮೀಕರಣವು:
\[ n = \frac{Q}{Fz} \]
ಎಲ್ಲಿ:
– Q = ಚಾರ್ಜ್‌ನ ಪ್ರಮಾಣ (ಕೂಲಂಬ್‌ಗಳಲ್ಲಿ)
– F = ಫ್ಯಾರಡೆಯ ಸ್ಥಿರಾಂಕ (96500 C/mol)
– z = ಕ್ರಿಯೆಯ ಪ್ರತಿ ಮೋಲ್‌ಗೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳ ಸಂಖ್ಯೆ.
ಈ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ, Cu²⁺ ಎರಡು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳನ್ನು ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ, ಆದ್ದರಿಂದ z = 2.
ಶೇಖರಣೆಯಾದ ತಾಮ್ರದ ಮೋಲ್‌ಗಳ ಸಂಖ್ಯೆ:
\[ n = \frac{0.2 \text{ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳ ಮೋಲ್‌ಗಳು}}{2} = 0.1 \text{ Cu ನ ಮೋಲ್‌ಗಳು} \]
ಠೇವಣಿ ಇಟ್ಟ ತಾಮ್ರದ ತೂಕ:
\[ \ಪಠ್ಯ{Cu ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ} = n \ಬಾರಿ \ಪಠ್ಯ{ಶ್ರೀ} \]
ಇಲ್ಲಿ Mr ಎಂಬುದು Cu ನ ಮೋಲಾರ್ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ (63.5 ಗ್ರಾಂ/ಮೋಲ್)
ಆದ್ದರಿಂದ:
\[ \ಪಠ್ಯ{Cu ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ} = 0.1 \times 63.5 = 6.35 \ಪಠ್ಯ{ ಗ್ರಾಂಗಳು} \]
ಆದ್ದರಿಂದ, 6.35 ಗ್ರಾಂ ತಾಮ್ರವು ಕ್ಯಾಥೋಡ್‌ನಲ್ಲಿ ಸಂಗ್ರಹವಾಗುತ್ತದೆ.
ಉದಾಹರಣೆ ಪ್ರಶ್ನೆ 4: KI ದ್ರಾವಣದ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆ
ಪರ್ತನ್ಯಾನ್
KI ದ್ರಾವಣದ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆಯನ್ನು ಜಡ ವಿದ್ಯುದ್ವಾರಗಳನ್ನು ಬಳಸಿ ನಡೆಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಕ್ಯಾಥೋಡ್ ಮತ್ತು ಆನೋಡ್‌ನಲ್ಲಿ ಸಂಭವಿಸುವ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಗಳು ಮತ್ತು ಪ್ರತಿ ವಿದ್ಯುದ್ವಾರದಲ್ಲಿ ರೂಪುಗೊಂಡ ಉತ್ಪನ್ನಗಳನ್ನು ಬರೆಯಿರಿ.
ಚರ್ಚೆ
1. ಕ್ಯಾಥೋಡ್‌ನಲ್ಲಿ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ:
ಕ್ಯಾಥೋಡ್‌ನಲ್ಲಿ, ಒಳಗೊಂಡಿರುವ ಅಯಾನುಗಳು K⁺ ಮತ್ತು H_2O ಅಯಾನುಗಳಾಗಿವೆ. K⁺ ಅಯಾನುಗಳಿಗಿಂತ H_2O ಅನ್ನು ಸುಲಭವಾಗಿ ಕಡಿಮೆ ಮಾಡಬಹುದು.
""
2H₂O(l) + 2e⁻ → H₂(g) + 2OH⁻(aq)
""
ಕ್ಯಾಥೋಡ್‌ನಲ್ಲಿ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುವ ಉತ್ಪನ್ನವೆಂದರೆ ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಅನಿಲ (H₂).
2. ಆನೋಡ್‌ನಲ್ಲಿ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ:
ಆನೋಡ್‌ನಲ್ಲಿ, ಒಳಗೊಂಡಿರುವ ಅಯಾನುಗಳು I⁻ ಮತ್ತು H_2O ಅಯಾನುಗಳಾಗಿವೆ. I⁻ ಅಯಾನುಗಳು H_2O ಅಯಾನುಗಳಿಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚು ಸುಲಭವಾಗಿ ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಣಗೊಳ್ಳುತ್ತವೆ.
""
2I⁻(aq) → I₂(ಗಳು) + 2e⁻
""
ಆನೋಡ್‌ನಲ್ಲಿ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುವ ಉತ್ಪನ್ನವೆಂದರೆ ಅಯೋಡಿನ್ (I₂).
ಆದ್ದರಿಂದ, KI ದ್ರಾವಣದ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆಯಲ್ಲಿ, ಕ್ಯಾಥೋಡ್‌ನಲ್ಲಿ ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಅನಿಲ (H₂) ಮತ್ತು ಆನೋಡ್‌ನಲ್ಲಿ ಅಯೋಡಿನ್ (I₂) ಉತ್ಪನ್ನವು ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುತ್ತದೆ.
ಪೆನುಟಪ್
ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಲೈಟಿಕ್ ಕೋಶಗಳ ತತ್ವಗಳು ಮತ್ತು ಅನ್ವಯಗಳ ಬಗ್ಗೆ ದೃಢವಾದ ತಿಳುವಳಿಕೆಯು ರಸಾಯನಶಾಸ್ತ್ರ ವಿದ್ಯಾರ್ಥಿಗಳು ಮತ್ತು ಲೋಹಶಾಸ್ತ್ರ, ರಾಸಾಯನಿಕ ಉತ್ಪಾದನೆ ಮತ್ತು ಇಂಧನ ಉದ್ಯಮದಂತಹ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳಲ್ಲಿನ ವೃತ್ತಿಪರರಿಗೆ ಅತ್ಯಗತ್ಯ. ಈ ಲೇಖನವು ಈ ತಿಳುವಳಿಕೆಯನ್ನು ಬಲಪಡಿಸಲು ಸಹಾಯ ಮಾಡಲು ಹಲವಾರು ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆಯ ಉದಾಹರಣೆ ಸಮಸ್ಯೆಗಳು ಮತ್ತು ಅವುಗಳ ಪರಿಹಾರಗಳನ್ನು ಪ್ರಸ್ತುತಪಡಿಸುತ್ತದೆ. ಈ ಮೂಲಭೂತ ಪರಿಕಲ್ಪನೆಗಳನ್ನು ಕರಗತ ಮಾಡಿಕೊಳ್ಳುವುದರಿಂದ ನೈಜ ಜಗತ್ತಿನಲ್ಲಿ ಎದುರಾಗುವ ವಿವಿಧ ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ಮತ್ತು ಸೈದ್ಧಾಂತಿಕ ಸಮಸ್ಯೆಗಳನ್ನು ಪರಿಹರಿಸಲು ಸಹಾಯ ಮಾಡುತ್ತದೆ ಎಂದು ಭಾವಿಸಲಾಗಿದೆ.
