ഇലക്ട്രോലൈറ്റിക് സെല്ലുകളെ ചർച്ച ചെയ്യുന്ന ഉദാഹരണ ചോദ്യങ്ങൾ

ഇലക്ട്രോലൈറ്റിക് സെല്ലുകളുടെ ഉദാഹരണ ചോദ്യങ്ങളും ചർച്ചയും

രാസോർജ്ജത്തെ വൈദ്യുതോർജ്ജമാക്കി മാറ്റുന്ന വോൾട്ടായിക് സെൽ അല്ലെങ്കിൽ ഗാൽവാനിക് സെല്ലിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായി, വൈദ്യുതോർജ്ജത്തെ സ്വാഭാവികമല്ലാത്ത രാസപ്രവർത്തനമാക്കി മാറ്റാൻ ഉപയോഗിക്കുന്ന ഒരു ഉപകരണമാണ് ഇലക്ട്രോലൈറ്റിക് സെൽ. ഒരു ഇലക്ട്രോലൈറ്റിക് സെല്ലിൽ, അധിക വൈദ്യുതോർജ്ജമില്ലാതെ സംഭവിക്കാത്ത ഒരു രാസപ്രവർത്തനത്തെ നിർബന്ധിക്കാൻ ഒരു വൈദ്യുത പ്രവാഹം ഉപയോഗിക്കുന്നു. ശുദ്ധമായ ലോഹങ്ങളുടെ ഉത്പാദനം, ഹൈഡ്രജനും ഓക്സിജനും ഉത്പാദിപ്പിക്കാൻ ജലത്തിന്റെ വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണം തുടങ്ങി നിരവധി വ്യാവസായിക പ്രയോഗങ്ങളിൽ ഈ ആശയം നിർണായകമാണ്.

ഇലക്ട്രോലൈറ്റിക് സെല്ലുകളുടെ ആശയം കൂടുതൽ ആഴത്തിൽ മനസ്സിലാക്കാൻ വിദ്യാർത്ഥികളെ സഹായിക്കുന്ന ചർച്ചകൾക്കൊപ്പം, ഇലക്ട്രോലൈസിസ് പ്രശ്നങ്ങളുടെ നിരവധി ഉദാഹരണങ്ങളും ഈ ലേഖനം ചർച്ച ചെയ്യും.

ഉദാഹരണം ചോദ്യം 1: NaCl ലായനിയുടെ വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണം

പെർട്ടാന്യാൻ
ഒരു സോഡിയം ക്ലോറൈഡ് (NaCl) ലായനി നിഷ്ക്രിയ ഇലക്ട്രോഡുകൾ ഉപയോഗിച്ച് വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണം ചെയ്യുന്നു. കാഥോഡിലും ആനോഡിലും സംഭവിക്കുന്ന പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങളും ഓരോ ഇലക്ട്രോഡിലും രൂപം കൊള്ളുന്ന ഉൽപ്പന്നങ്ങളും എഴുതുക.

ചർച്ച
ഒരു ഇലക്ട്രോലൈറ്റിക് സെല്ലിൽ രണ്ട് ഇലക്ട്രോഡുകൾ ഉണ്ട്: കാഥോഡ് (നെഗറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡ്), ആനോഡ് (പോസിറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡ്). ഒരു NaCl ലായനിയുടെ വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണം രണ്ട് ഘട്ടങ്ങളിലായാണ് സംഭവിക്കുന്നത്: കാഥോഡിലെ പ്രതിപ്രവർത്തനവും ആനോഡിലെ പ്രതിപ്രവർത്തനവും.

1. കാഥോഡിലെ പ്രതിപ്രവർത്തനം:

കാഥോഡിൽ ഉൾപ്പെട്ടിരിക്കുന്ന അയോണുകൾ Na^+ അയോണുകളും H_2O അയോണുകളുമാണ്. എന്നിരുന്നാലും, ഉയർന്ന റിഡക്ഷൻ പൊട്ടൻഷ്യൽ കാരണം H_2O അയോണുകൾ Na^+ അയോണുകളേക്കാൾ എളുപ്പത്തിൽ റിഡക്ഷൻ ചെയ്യപ്പെടുന്നു.

കാഥോഡിൽ സംഭവിക്കുന്ന പ്രതിപ്രവർത്തനം:
""
2H₂O(l) + 2e⁻ → H₂(g) + 2OH⁻(aq) (റിഡക്ഷൻ പൊട്ടൻഷ്യൽ = -0.83 V)
""
കാഥോഡിൽ ഉൽ‌പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന ഉൽപ്പന്നം ഹൈഡ്രജൻ വാതകം (H₂) ആണ്.

2. ആനോഡിലെ പ്രതിപ്രവർത്തനം:

ആനോഡിൽ ഉൾപ്പെട്ടിരിക്കുന്ന അയോണുകൾ Cl⁻ അയോണുകളും H_2O അയോണുകളുമാണ്. ഓക്സിഡേഷൻ സാധ്യത കുറവായതിനാൽ Cl⁻ അയോണുകൾ H_2O അയോണുകളേക്കാൾ എളുപ്പത്തിൽ ഓക്സീകരിക്കപ്പെടുന്നു.

ആനോഡിൽ സംഭവിക്കുന്ന പ്രതിപ്രവർത്തനം:
""
2Cl⁻(aq) → Cl₂(g) + 2e⁻ (ഓക്സിഡേഷൻ പൊട്ടൻഷ്യൽ = -1.36 V)
""
ആനോഡിൽ ഉൽ‌പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന ഉൽപ്പന്നം ക്ലോറിൻ വാതകം (Cl₂) ആണ്.

അപ്പോൾ, NaCl ലായനിയുടെ വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണത്തിൽ, കാഥോഡിൽ ഉൽ‌പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന ഉൽപ്പന്നം ഹൈഡ്രജൻ വാതകവും (H₂) ആനോഡിൽ ക്ലോറിൻ വാതകവും (Cl₂) ആണ്.

ഉദാഹരണം ചോദ്യം 2: ചെമ്പ് ഇലക്ട്രോഡുകൾ ഉപയോഗിച്ച് CuSO₄ ലായനിയുടെ വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണം.

പെർട്ടാന്യാൻ
കോപ്പർ ഇലക്ട്രോഡുകൾ ഉപയോഗിച്ച് കോപ്പർ(II) സൾഫേറ്റ് (CuSO₄) ലായനിയുടെ വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണം നടത്തി. കാഥോഡിലും ആനോഡിലും സംഭവിക്കുന്ന പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങളും ഓരോ ഇലക്ട്രോഡിലും രൂപം കൊള്ളുന്ന ഉൽപ്പന്നങ്ങളും എഴുതുക.

ചർച്ച
ഈ സാഹചര്യത്തിൽ, ഇലക്ട്രോഡ് നിഷ്ക്രിയമല്ല, മറിച്ച് ഒരു ചെമ്പ് ഇലക്ട്രോഡാണ്, അതിനാൽ ഇലക്ട്രോഡ് പ്രതികരിക്കും.

1. കാഥോഡിലെ പ്രതിപ്രവർത്തനം:

കാഥോഡിൽ, ആനോഡിലെ Cu²⁺ അയോണുകൾ കുറയും.
""
Cu²⁺(aq) + 2e⁻ → Cu(s) (കുറയ്ക്കാനുള്ള സാധ്യത = +0.34 V)
""
കാഥോഡിൽ ഉൽ‌പാദിപ്പിക്കുന്ന ഉൽപ്പന്നം ഇലക്ട്രോഡിൽ നിക്ഷേപിക്കപ്പെടുന്ന ഖര ചെമ്പ് (Cu) ആണ്.

2. ആനോഡിലെ പ്രതിപ്രവർത്തനം:

ആനോഡിൽ, ചെമ്പ് ഇലക്ട്രോഡ് തന്നെ ഓക്സീകരിക്കപ്പെടും.
""
Cu(s) → Cu²⁺(aq) + 2e⁻ (ഓക്സിഡേഷൻ സാധ്യത = -0.34 V)
""
ആനോഡിൽ ഉൽ‌പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന ഉൽപ്പന്നം Cu²⁺ അയോണുകളാണ്.

ഇലക്ട്രോഡ് ചെമ്പ് ആയതിനാൽ, ലായനിയിൽ വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണം ചെയ്യപ്പെടുന്ന Cu²⁺ അയോണുകൾ ആനോഡ് ഇലക്ട്രോഡിൽ ചെമ്പ് ലയിക്കുന്നതിലൂടെ നികത്തപ്പെടുന്നു.

ഉദാഹരണം 3: നിക്ഷേപിക്കപ്പെട്ട ലോഹത്തിന്റെ പിണ്ഡം

പെർട്ടാന്യാൻ
ഒരു ഇലക്ട്രോലൈറ്റിക് സെല്ലിൽ, 0.2 മോൾ ഇലക്ട്രോണുകൾ ഒരു CuSO₄ ലായനിയിലൂടെ ഒഴുകുന്നു. കാഥോഡിൽ എത്ര ഗ്രാം ചെമ്പ് നിക്ഷേപിക്കപ്പെടുന്നു?

ചർച്ച
നിക്ഷേപിക്കപ്പെട്ട ലോഹത്തിന്റെ മോളുകളുടെ എണ്ണം നിർണ്ണയിക്കാൻ ഒഴുകുന്ന ഇലക്ട്രോണുകളുടെ (F) മോളുകളുടെ എണ്ണം ഉപയോഗിക്കാം. ലോഹ നിക്ഷേപത്തിനായുള്ള ഫാരഡെയുടെ സമവാക്യം ഇതാണ്:
\[ n = \frac{Q}{Fz} \]

എവിടെ:
– Q = ചാർജിന്റെ അളവ് (കൂലോംബുകളിൽ)
– F = ഫാരഡെയുടെ സ്ഥിരാങ്കം (96500 C/mol)
– z = പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിന്റെ ഓരോ മോളിലും ഇലക്ട്രോണുകളുടെ എണ്ണം.

ഈ സാഹചര്യത്തിൽ, Cu²⁺ രണ്ട് ഇലക്ട്രോണുകളെ ആഗിരണം ചെയ്ത് Cu ആയി മാറുന്നു, അതിനാൽ z = 2.

നിക്ഷേപിക്കപ്പെട്ട ചെമ്പിന്റെ മോളുകളുടെ എണ്ണം:
\[ n = \frac{0.2 \text{ ഇലക്ട്രോണുകളുടെ മോളുകൾ}}{2} = 0.1 \text{ Cu യുടെ മോളുകൾ} \]

നിക്ഷേപിച്ചിരിക്കുന്ന ചെമ്പിന്റെ ഭാരം:
\[ \text{Cu യുടെ പിണ്ഡം} = n \times \text{Mr} \]
ഇവിടെ Mr എന്നത് Cu യുടെ മോളാർ പിണ്ഡമാണ് (63.5 g/mol)

അതിനാൽ:
\[ \text{Cu യുടെ പിണ്ഡം} = 0.1 \times 63.5 = 6.35 \text{ ഗ്രാം} \]

അപ്പോൾ, 6.35 ഗ്രാം ചെമ്പ് കാഥോഡിൽ നിക്ഷേപിക്കപ്പെടും.

ഉദാഹരണം ചോദ്യം 4: KI ലായനിയുടെ വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണം

പെർട്ടാന്യാൻ
ഒരു KI ലായനിയുടെ വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണം നടത്തുന്നത് നിഷ്ക്രിയ ഇലക്ട്രോഡുകൾ ഉപയോഗിച്ചാണ്. കാഥോഡിലും ആനോഡിലും സംഭവിക്കുന്ന പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങളും ഓരോ ഇലക്ട്രോഡിലും രൂപം കൊള്ളുന്ന ഉൽപ്പന്നങ്ങളും എഴുതുക.

ചർച്ച
1. കാഥോഡിലെ പ്രതിപ്രവർത്തനം:

കാഥോഡിൽ ഉൾപ്പെട്ടിരിക്കുന്ന അയോണുകൾ K⁺, H_2O അയോണുകളാണ്. K⁺ അയോണുകളേക്കാൾ H_2O എളുപ്പത്തിൽ കുറയ്ക്കപ്പെടുന്നു.
""
2H₂O(l) + 2e⁻ → H₂(g) + 2OH⁻(aq)
""
കാഥോഡിൽ ഉൽ‌പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന ഉൽപ്പന്നം ഹൈഡ്രജൻ വാതകം (H₂) ആണ്.

2. ആനോഡിലെ പ്രതിപ്രവർത്തനം:

ആനോഡിൽ ഉൾപ്പെട്ടിരിക്കുന്ന അയോണുകൾ I⁻ ഉം H_2O അയോണുകളുമാണ്. I⁻ അയോണുകൾ H_2O അയോണുകളേക്കാൾ എളുപ്പത്തിൽ ഓക്സീകരിക്കപ്പെടുന്നു.
""
2I⁻(aq) → I₂(കൾ) + 2e⁻
""
ആനോഡിൽ ഉൽ‌പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന ഉൽപ്പന്നം അയോഡിൻ (I₂) ആണ്.

അതിനാൽ, KI ലായനിയുടെ വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണത്തിൽ, കാഥോഡിൽ ഉൽ‌പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന ഉൽപ്പന്നം ഹൈഡ്രജൻ വാതകവും (H₂) ആനോഡിൽ അയോഡിനും (I₂) ആണ്.

പെനുട്ടപ്പ്

ഇലക്ട്രോലൈറ്റിക് സെല്ലുകളുടെ തത്വങ്ങളെയും പ്രയോഗങ്ങളെയും കുറിച്ചുള്ള കൃത്യമായ ധാരണ രസതന്ത്ര വിദ്യാർത്ഥികൾക്കും ലോഹശാസ്ത്രം, രാസ ഉൽപ്പാദനം, ഊർജ്ജ വ്യവസായം തുടങ്ങിയ മേഖലകളിലെ പ്രൊഫഷണലുകൾക്കും അത്യാവശ്യമാണ്. ഈ ധാരണയെ ശക്തിപ്പെടുത്തുന്നതിന് ഇലക്ട്രോളിസിസിന്റെ നിരവധി ഉദാഹരണ പ്രശ്നങ്ങളും അവയുടെ പരിഹാരങ്ങളും ഈ ലേഖനം അവതരിപ്പിക്കുന്നു. ഈ അടിസ്ഥാന ആശയങ്ങളിൽ പ്രാവീണ്യം നേടുന്നത് യഥാർത്ഥ ലോകത്ത് നേരിടുന്ന വിവിധ പ്രായോഗികവും സൈദ്ധാന്തികവുമായ പ്രശ്നങ്ങൾ പരിഹരിക്കാൻ സഹായിക്കുമെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു.