විඛාදන ක්රියාවලියේ රසායනික ප්රතික්රියා
විඛාදනය යනු එදිනෙදා ජීවිතයට වඩාත්ම සමීපව සම්බන්ධ වන රසායනික සංසිද්ධිවලින් එකකි, නමුත් එහි බලපෑම ගැඹුරු විය හැකිය. මලකඩ වැටවල්වල සිට දුර්වල වූ වාහන රාමු දක්වා සහ කාන්දු වන කාර්මික පයිප්ප දක්වා - සියල්ල විඛාදන ක්රියාවලියෙන් ආරම්භ විය හැකිය. සරලව කිවහොත්, විඛාදනය යනු පරිසරය සමඟ රසායනික හෝ විද්යුත් රසායනික ප්රතික්රියා හේතුවෙන් ද්රව්ය (විශේෂයෙන් ලෝහ) පිරිහීම ලෙස තේරුම් ගත හැකිය. බොහෝ විට සරලව "මලකඩ" ලෙස සිතුවද, විඛාදනයට ඇත්ත වශයෙන්ම ලෝහ මතුපිට හරහා ජලය, ඔක්සිජන්, ලුණු, ආම්ලිකතාවය සහ විද්යුත් විභව වෙනස්කම් මගින් බලපෑමට ලක් වූ සංකීර්ණ ප්රතික්රියා මාලාවක් ඇතුළත් වේ.
විද්යුත් රසායනික ක්රියාවලියක් ලෙස විඛාදනය
බොහෝ අවස්ථාවන්හිදී, ලෝහ විඛාදනය සිදුවන්නේ විද්යුත් රසායනික යාන්ත්රණ හරහා වන අතර, එයින් අදහස් කරන්නේ මෙම ක්රියාවලියට ලෝහ මතුපිට ක්ෂුද්ර විද්යුත් රසායනික සෛලයක් සෑදීමෙන් ඇතිවන ඉලෙක්ට්රෝන ප්රවාහය ඇතුළත් වන බවයි. මෙම සෛලය ප්රධාන කොටස් දෙකකින් සමන්විත වේ: ඇනෝඩ කලාපය සහ කැතෝඩ කලාපය. ලෝහය සමජාතීය ලෙස පෙනුනද, එහි මතුපිට බොහෝ විට අසම්පූර්ණකම්, අභ්යන්තර ආතතීන්, ක්ෂුද්ර සංයුතියේ වෙනස්කම් හෝ මතුපිට කොටසක් ඇනෝඩය ලෙසත් තවත් කොටසක් කැතෝඩය ලෙසත් ක්රියා කිරීමට හේතු වන අනෙකුත් ලෝහ සමඟ සම්බන්ධතා අඩංගු වේ.
– ඇනෝඩයේදී, ලෝහය ඔක්සිකරණයට ලක් වේ (ඉලෙක්ට්රෝන මුදා හැරීම).
– කැතෝඩයේදී, සාමාන්යයෙන් ඔක්සිජන් හෝ හයිඩ්රජන් අයන සම්බන්ධ වන අඩු කිරීමේ ප්රතික්රියාවක් (ඉලෙක්ට්රෝන පිළිගැනීම) සිදු වේ.
වෙනත් වචන වලින් කිවහොත්, අයන සන්නයනය සඳහා මාධ්යයක් ලෙස ඉලෙක්ට්රෝලය (උදා: ජලය) පවතින තාක් කල්, විඛාදනය ලෝහ මතුපිට අඛණ්ඩව ක්රියා කරන "කුඩා බැටරියක්" ලෙස දැකිය හැකිය.
යකඩ විඛාදනයට බලපාන මූලික ප්රතික්රියා: මලකඩ ප්රභවයන්
විඛාදනය පිළිබඳ සාකච්ඡා වලදී යකඩ (Fe) වඩාත් පොදු උදාහරණය වන්නේ එය පහසුවෙන් මලකඩ ගසන බැවිනි. මලකඩ යනු සංකීර්ණ මිශ්රණයකි, ප්රධාන වශයෙන් සජලීකරණය කරන ලද යකඩ ඔක්සයිඩ් (උදා: Fe₂O₃·nH₂O), නමුත් එහි ගොඩනැගීම ප්රතික්රියා පියවර කිහිපයකින් ආරම්භ වේ.
1. ඇනෝඩික් ප්රතික්රියාව: යකඩ ඔක්සිකරණය
ඇනෝඩයේදී, ඉලෙක්ට්රෝන මුදා හැරීමෙන් යකඩ දිය වේ:
Fe(s) → Fe²⁺(aq) + 2e⁻
මෙම ප්රතික්රියාව Fe²⁺ අයන සෑදීමට හේතු වන අතර එමඟින් ලෝහය ඇනෝඩික් ලක්ෂ්යයේදී ස්කන්ධය නැති වේ. මෙය ලෝහයේ "විඛාදන" ක්රියාවලියේ ආරම්භයයි.
2. කැතෝඩික ප්රතික්රියාව: ඔක්සිජන් අඩු කිරීම
උදාසීන හෝ ක්ෂාරීය පරිසරවල (සරල ජලය වැනි), වඩාත් සුලභ කැතෝඩ ප්රතික්රියාව වන්නේ ද්රාවිත ඔක්සිජන් අඩු කිරීමයි:
O₂(g) + 2H₂O(l) + 4e⁻ → 4OH⁻(aq)
ඇනෝඩයෙන් මුදා හරින ඉලෙක්ට්රෝන කැතෝඩ කලාපයට ගලා යන අතර ඔක්සිජන් අඩු කිරීමට භාවිතා කරයි. ජලය සහ ඔක්සිජන් පැවතීම ප්රධාන සාධක දෙකකි.
3. අතරමැදි සංයෝග සෑදීම: Fe(OH)₂
ඇනෝඩයේ දී සාදනු ලබන Fe²⁺ අයන, කැතෝඩ ප්රතික්රියාවෙන් OH⁻ අයන සමඟ ප්රතික්රියා කර අවක්ෂේපයක් සාදයි:
Fe²⁺(aq) + 2OH⁻(aq) → Fe(OH)₂(s)
මෙම තැන්පතු තවමත් අවසාන මලකඩ නොවේ, නමුත් තවදුරටත් වෙනස් විය හැකි "මුල් විඛාදන නිෂ්පාදන" වේ.
4. Fe(OH)₃ සහ සජලනය වූ යකඩ ඔක්සයිඩ් බවට තවදුරටත් ඔක්සිකරණය වීම
Fe(OH)₂ ඔක්සිජන් මගින් Fe(OH)₃ බවට ඔක්සිකරණය කළ හැක:
4Fe(OH)₂(s) + O₂(g) + 2H₂O(l) → 4Fe(OH)₃(s)
ඉන්පසු Fe(OH)₃ අර්ධ විජලනයකට භාජනය වී මලකඩ ලෙස අප දන්නා සජලීකරණය කරන ලද යකඩ ඔක්සයිඩ් බවට ව්යුහාත්මක ප්රතිසංවිධානයකට භාජනය වේ:
Fe(OH)₃(s) → Fe₂O₃·nH₂O(s) + (ජලය)
මලකඩ නිෂ්පාදන සිදුරු සහිත වන අතර තදින් ඇලී නොසිටින බැවින් ඒවා යටින් පවතින ලෝහ ස්ථර ආරක්ෂා නොකරයි. එම නිසා, යකඩ විඛාදනය දිගටම පැවතීමට සහ නරක අතට හැරීමට නැඹුරු වේ.
ඉලෙක්ට්රෝටයිට් සහ ලුණු අයන වල බලපෑම
මුහුදු ජලය හෝ ලුණු අඩංගු ජලය වැනි හොඳ ඉලෙක්ට්රෝලයක පැවැත්ම තුළ විඛාදනය බොහෝ වේගවත් වනු ඇත. ක්ලෝරයිඩ් අයන (Cl⁻) යනු වඩාත් භයානක විඛාදන ත්වරක වලින් එකකි. ලුණු ද්රාවණයේ සන්නායකතාවය වැඩි කරයි, ලෝහ මතුපිට විද්යුත් රසායනික ධාරාව වැඩි කරයි. තවද, ක්ලෝරයිඩ් ඇතැම් ලෝහ මත නිෂ්ක්රීය ස්ථරයට හානි කළ හැකි අතර ඉරිතැලීම් විඛාදනය සහ වලවල් විඛාදනය වැනි දේශීය විඛාදනයක් ඇති කරයි.
යකඩවල, Cl⁻ අඩංගු පරිසරයක් වඩාත් අස්ථායී විඛාදන නිෂ්පාදන සෑදීමට දිරිගැන්විය හැකි අතර කුඩා, ගැඹුරු ඇනෝඩ ලප සෑදීම වේගවත් කරයි, එහි ප්රතිඵලයක් ලෙස පිටතින් හඳුනා ගැනීමට අපහසු විඛාදන වලවල් ඇති වේ.
ආම්ලික පරිසරවල විඛාදනය: හයිඩ්රජන් අයන අඩු කිරීම
ආම්ලික පරිසරයකදී, කැතෝඩ ප්රතික්රියාව වෙනස් විය හැක. H⁺ සාන්ද්රණය ඉහළ නම්, ප්රමුඛ අඩු කිරීමේ ප්රතික්රියාව වන්නේ හයිඩ්රජන් වායුව සෑදීමයි:
2H⁺(aq) + 2e⁻ → H₂(g)
ඇනෝඩික් ප්රතික්රියාව ලෝහයේ දියවීම ලෙස පවතින අතර:
Fe(s) → Fe²⁺(aq) + 2e⁻
මෙම සංයෝජනය අම්ලයේ යකඩ ද්රාව්ය වීමේ වේගය වේගවත් කරයි. එහි ප්රතිඵලයක් ලෙස, විශාල ප්රමාණයේ ද්රාවිත ඔක්සිජන් නොමැතිව ලෝහය ඛාදනය විය හැක. ආම්ලික ද්රව වලට නිරාවරණය වන පයිප්ප හෝ ටැංකි ආලේප කර නොමැති නම් හෝ ඒවායේ pH අගය පාලනය නොකළහොත් වේගවත් විඛාදනයට වැඩි අවදානමක් ඇත්තේ එබැවිනි.
ගැල්වනික් විඛාදනය: ලෝහ දෙකක් හමු වූ විට
විඛාදනයට පරිසරය පමණක් නොව ස්පර්ශ වන ලෝහ ද බලපායි. එකිනෙකට වෙනස් ලෝහ දෙකක් විද්යුත් විච්ඡේදකයක විද්යුත් වශයෙන් සම්බන්ධ වූ විට, ගැල්වනික් සෛලයක් සෑදේ. වඩාත් ක්රියාකාරී (වඩා පහසුවෙන් ඔක්සිකරණය වන) ලෝහය ඇනෝඩය ලෙස ක්රියා කරන අතර වඩාත් වේගයෙන් විඛාදනයට ලක් වන අතර, වඩාත් උච්ච ලෝහය කැතෝඩය ලෙස ක්රියා කරන අතර සාපේක්ෂව ආරක්ෂිත වේ.
උදාහරණයක් ලෙස, තෙතමනය සහිත තත්වයන් යටතේ යකඩ තඹ සමඟ ස්පර්ශ වුවහොත්, යකඩ ඇනෝඩය ලෙස ක්රියා කර ඉක්මනින් මලකඩ ගසයි. මෙයට හේතුව ඉලෙක්ට්රෝන ප්රවාහයේ දිශාව තීරණය කරන ලෝහ දෙක අතර සම්මත ඉලෙක්ට්රෝඩ විභවයේ වෙනසයි.
අනෙකුත් ලෝහ මත උදාසීන ස්ථර සහ විඛාදනය
සියලුම ලෝහ යකඩ මෙන් විඛාදනයට ලක් නොවේ. උදාහරණයක් ලෙස ඇලුමිනියම් සහ මල නොබැඳෙන වානේ, නිෂ්ක්රීය ස්ථරයක් ලෙස හඳුන්වන තුනී, ඝන සහ තදින් ඇලී ඇති ඔක්සයිඩ් තට්ටුවක් සෑදීමට නැඹුරු වේ. මෙම ස්ථරය ලෝහ මතුපිටට ඔක්සිජන් සහ ජලය විසරණය වීම වළක්වන අතර එමඟින් විඛාදන අනුපාතය අඩු කරයි. ඇලුමිනියම් මත, Al₂O₃ ස්ථරය ඉතා ස්ථායී වේ. මල නොබැඳෙන වානේවල, නිෂ්ක්රීය ස්ථරය ක්රෝමියම් මගින් ආධාරක වන අතර එය Cr₂O₃ සාදයි.
කෙසේ වෙතත්, ඉහළ ක්ලෝරයිඩ් සාන්ද්රණයන්, පටු හිඩැස්වල ඔක්සිජන් ඌනතා තත්වයන් හෝ වාතනයේ වෙනස්කම් (ඔක්සිජන් සාන්ද්රණ සෛල) වැනි ඇතැම් තත්වයන් නිසා නිෂ්ක්රීය ස්ථරයට හානි සිදුවිය හැකිය. කුඩා ප්රදේශවල නිෂ්ක්රීය ස්ථරය කැඩී ගිය විට, ස්ථානීය විඛාදනය ඉතා ඉක්මනින් හා භයානක ලෙස සිදුවිය හැකිය.
විඛාදන ප්රතික්රියා වලට බලපාන සාධක
විඛාදන වේගය තීරණය කරන ප්රධාන සාධක කිහිපයක් අතරට:
1. ජලය සහ ඔක්සිජන් ලබා ගැනීමේ හැකියාව: ජලය විද්යුත් විච්ඡේදකයක් සහ ප්රතික්රියා මාධ්යයක් ලෙස ක්රියා කරන අතර ඔක්සිජන් කැතෝඩ ප්රතික්රියාවේදී ඔක්සිකාරක කාරකයක් ලෙස ක්රියා කරයි.
2. පාරිසරික pH අගය: ආම්ලික පරිසරයන් ලෝහ දියවීම වේගවත් කරයි. ක්ෂාරීය පරිසරයන් සමහර විට ඇතැම් ලෝහ මත ආරක්ෂිත තට්ටුවක් සෑදීමට උපකාරී වේ.
3. අයන සාන්ද්රණය (විශේෂයෙන් Cl⁻): සන්නායකතාවය වැඩි කරන අතර දේශීය විඛාදනය අවුලුවයි.
4. උෂ්ණත්වය: සාමාන්යයෙන්, උෂ්ණත්වය සමඟ රසායනික ප්රතික්රියා වේගය වැඩි වන බැවින්, ඉහළ උෂ්ණත්වවලදී විඛාදනය වේගවත් වේ.
5. තරල ප්රවාහ ප්රවේගය: ප්රවාහය ආරක්ෂිත ස්ථරය ඛාදනය කර ඔක්සිජන් සැපයුම වේගවත් කළ හැකි අතර, ඛාදනය-විඛාදනයට හේතු වේ.
6. අන්තර්ලෝහ ස්පර්ශය: විභව වෙනසක් තිබේ නම් ගැල්වනික් විඛාදනය අවුලුවයි.
වසා දැමීම
විඛාදනය යනු මූලික වශයෙන් ලෝහයක් එහි පරිසරය සමඟ අන්තර්ක්රියා කරන විට ස්වයංසිද්ධව සිදුවන ඔක්සිකරණ-අඩු කිරීමේ ප්රතික්රියා මාලාවකි. යකඩ වලදී, ක්රියාවලිය ආරම්භ වන්නේ ඇනෝඩයේදී Fe සිට Fe²⁺ දක්වා ඔක්සිකරණය වීම සහ කැතෝඩයේදී ඔක්සිජන් (හෝ ආම්ලික තත්වයන් යටතේ හයිඩ්රජන් අයන) අඩු කිරීමෙනි. අවසාන නිෂ්පාදනය වන්නේ මලකඩ ලෙස හඳුන්වන හයිඩ්රේටඩ් යකඩ ඔක්සයිඩ් ය. ජලය, ඔක්සිජන්, ලුණු සහ pH තත්වයන් පැවතීම මෙම ප්රතික්රියාවේ වේගය සැලකිය යුතු ලෙස තීරණය කරයි, ලෝහ යුගලනය සහ නිෂ්ක්රීය තට්ටුවක් සෑදීමේ හැකියාව වැනි ද්රව්ය සාධක ද වේ. විඛාදන ක්රියාවලියට සම්බන්ධ රසායනික ප්රතික්රියා තේරුම් ගැනීමෙන්, අපට සුදුසු වැළැක්වීමේ උපාය මාර්ග - ආලේපන, නිෂේධක භාවිතය, කැතෝඩික් ආරක්ෂාව, ද්රව්ය තේරීම දක්වා - සැලසුම් කළ හැකිය, එවිට විඛාදනය නිසා සිදුවන පාඩු සැලකිය යුතු ලෙස අඩු කළ හැකිය.
