ইলেক্ট্রোলাইসিস কি প্রশ্ন স্কুল পদার্থবিদ্যা কোর্সে বিবেচনা করা হয়, এবং অধিকাংশ মানুষের জন্য এটি একটি গোপন নয়। আরেকটি বিষয় হল এর গুরুত্ব এবং বাস্তব প্রয়োগ। এই প্রক্রিয়াটি বিভিন্ন শিল্পে দুর্দান্ত সুবিধার সাথে ব্যবহৃত হয় এবং বাড়ির কারিগরের জন্য দরকারী হতে পারে।
বিষয়বস্তু
তড়িৎ বিশ্লেষণ কি?
ইলেক্ট্রোলাইসিস হল ইলেক্ট্রোড এবং ইলেক্ট্রোলাইট সিস্টেমে নির্দিষ্ট প্রক্রিয়াগুলির একটি জটিল যখন এটির মধ্য দিয়ে সরাসরি বৈদ্যুতিক প্রবাহ প্রবাহিত হয়। এর প্রক্রিয়াটি একটি আয়নিক কারেন্টের ঘটনার উপর ভিত্তি করে। ইলেক্ট্রোলাইট হল একটি টাইপ 2 কন্ডাক্টর (আয়নিক পরিবাহিতা) যেখানে ইলেক্ট্রোলাইটিক বিচ্ছিন্নতা ঘটে। এটি ধনাত্মক (cation) এবং নেতিবাচক (anion) চার্জ।
ইলেক্ট্রোলাইসিস সিস্টেমে অগত্যা একটি ইতিবাচক থাকে (অ্যানোড) এবং নেতিবাচক (ক্যাথোড) ইলেক্ট্রোড। যখন একটি সরাসরি বৈদ্যুতিক প্রবাহ প্রয়োগ করা হয়, তখন ক্যাশনগুলি ক্যাথোডের দিকে এবং অ্যানিয়নগুলি - অ্যানোডের দিকে যেতে শুরু করে। ক্যাটেশনগুলি প্রধানত ধাতব আয়ন এবং হাইড্রোজেন এবং অ্যানিয়নগুলি অক্সিজেন, ক্লোরিন। ক্যাথোডে, ক্যাটেশনগুলি অতিরিক্ত ইলেকট্রনগুলিকে নিজেদের সাথে সংযুক্ত করে, যা হ্রাস প্রতিক্রিয়ার ঘটনা নিশ্চিত করে Men+ + ne → Me (যেখানে n হল ধাতুর ভ্যালেন্সি) অ্যানোডে, বিপরীতে, একটি অক্সিডেটিভ প্রতিক্রিয়ার সাথে অ্যানিয়ন থেকে একটি ইলেকট্রন দান করা হয়।
সুতরাং, সিস্টেমে একটি রেডক্স প্রক্রিয়া সরবরাহ করা হয়। এটা বিবেচনা করা গুরুত্বপূর্ণ যে এর প্রবাহের জন্য উপযুক্ত শক্তি প্রয়োজন। এটি একটি বহিরাগত বর্তমান উৎস দ্বারা প্রদান করা আবশ্যক.
ফ্যারাডে এর তড়িৎ বিশ্লেষণের নিয়ম
মহান পদার্থবিজ্ঞানী এম. ফ্যারাডে, তার গবেষণার মাধ্যমে, কেবলমাত্র তড়িৎ বিশ্লেষণের প্রকৃতি বোঝাই নয়, এর বাস্তবায়নের জন্য প্রয়োজনীয় গণনা করাও সম্ভব করেছিলেন। 1832 সালে, চলমান প্রক্রিয়াগুলির প্রধান পরামিতিগুলিকে সংযুক্ত করে তার আইনগুলি উপস্থিত হয়েছিল।
প্রথম আইন
ফ্যারাডে এর প্রথম আইন বলে যে অ্যানোডে যে পদার্থের ভর হ্রাস করা হচ্ছে তা ইলেক্ট্রোলাইটে প্রবর্তিত বৈদ্যুতিক চার্জের সরাসরি সমানুপাতিক: m = kq = k*I*t, যেখানে q হল চার্জ, k হল সহগ বা তড়িৎ রাসায়নিক সমতুল্য পদার্থের, আমি ইলেক্ট্রোলাইটের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত কারেন্টের শক্তি, টি হল বর্তমান উত্তরণ সময়।
দ্বিতীয় আইন
ফ্যারাডে এর দ্বিতীয় আইন অনুপাত k এর সহগ নির্ণয় করা সম্ভব করেছে। এটি এইরকম শোনাচ্ছে: যেকোনো পদার্থের তড়িৎ রাসায়নিক সমতুল্য তার মোলার ভরের সাথে সরাসরি সমানুপাতিক এবং ভ্যালেন্সির বিপরীতভাবে সমানুপাতিক। আইনটি এভাবে প্রকাশ করা হয়:
k = 1/F*A/z, যেখানে F হল ফ্যারাডে ধ্রুবক, A হল পদার্থের মোলার ভর, z হল এর রাসায়নিক ভ্যালেন্সি।
উভয় আইন বিবেচনায় নিয়ে, পদার্থের ইলেক্ট্রোডে জমা হওয়া ভর গণনা করার জন্য চূড়ান্ত সূত্রটি বের করা সম্ভব: m = A*I*t/(n*F), যেখানে n হল তড়িৎ বিশ্লেষণে জড়িত ইলেকট্রনের সংখ্যা। সাধারণত n আয়নের চার্জের সাথে মিলে যায়। একটি ব্যবহারিক দৃষ্টিকোণ থেকে, একটি পদার্থের ভর এবং ফলিত কারেন্টের মধ্যে সংযোগ গুরুত্বপূর্ণ, যা এর শক্তি পরিবর্তন করে প্রক্রিয়াটিকে নিয়ন্ত্রণ করা সম্ভব করে তোলে।
ইলেক্ট্রোলাইসিস গলে
ইলেক্ট্রোলাইসিসের বিকল্পগুলির মধ্যে একটি হল ইলেক্ট্রোলাইট হিসাবে গলিত ব্যবহার। এই ক্ষেত্রে, শুধুমাত্র গলিত আয়ন ইলেক্ট্রোলাইসিস প্রক্রিয়ায় অংশগ্রহণ করে। একটি ক্লাসিক উদাহরণ হল গলিত লবণের তড়িৎ বিশ্লেষণ NaCl (লবণ) নেতিবাচক আয়নগুলি অ্যানোডে ছুটে যায়, যার অর্থ গ্যাস নির্গত হয় (ক্ল) ক্যাথোডে ধাতব হ্রাস ঘটবে, অর্থাৎ ধনাত্মক আয়ন যা অতিরিক্ত ইলেকট্রনকে আকৃষ্ট করেছে তা থেকে বিশুদ্ধ Na এর জমা। অন্যান্য ধাতু একইভাবে প্রাপ্ত করা যেতে পারে (কে, সিএ, লি, ইত্যাদি।) সংশ্লিষ্ট লবণের গণহত্যা থেকে।
একটি গলে ইলেক্ট্রোলাইসিসের সময়, ইলেক্ট্রোডগুলি দ্রবীভূত হয় না, তবে শুধুমাত্র একটি বর্তমান উত্স হিসাবে অংশগ্রহণ করে। তাদের উত্পাদন, আপনি ধাতু, গ্রাফাইট, কিছু অর্ধপরিবাহী ব্যবহার করতে পারেন। এটি গুরুত্বপূর্ণ যে উপাদানটির পর্যাপ্ত পরিবাহিতা রয়েছে। সবচেয়ে সাধারণ উপকরণগুলির মধ্যে একটি হল তামা।
সমাধানে তড়িৎ বিশ্লেষণের বৈশিষ্ট্য
একটি জলীয় দ্রবণে ইলেক্ট্রোলাইসিস একটি গলিত থেকে উল্লেখযোগ্যভাবে পৃথক। তিনটি প্রতিযোগিতামূলক প্রক্রিয়া এখানে সঞ্চালিত হয়: অক্সিজেন বিবর্তনের সাথে জলের জারণ, অ্যানিয়ন অক্সিডেশন এবং ধাতুর অ্যানোডিক দ্রবীভূতকরণ। জলের আয়ন, ইলেক্ট্রোলাইট এবং অ্যানোড প্রক্রিয়ায় জড়িত।তদনুসারে, ক্যাথোডে হাইড্রোজেন, ইলেক্ট্রোলাইট ক্যাশন এবং অ্যানোড ধাতুর হ্রাস ঘটতে পারে।
এই প্রতিযোগিতামূলক প্রক্রিয়াগুলি ঘটার সম্ভাবনা সিস্টেমের বৈদ্যুতিক সম্ভাবনার মাত্রার উপর নির্ভর করে। শুধুমাত্র যে প্রক্রিয়াটির জন্য কম বাহ্যিক শক্তির প্রয়োজন হয় তা এগিয়ে যাবে। ফলস্বরূপ, ক্যাথোডে সর্বাধিক ইলেক্ট্রোড পটেনশিয়াল সহ ক্যাটেশনগুলি হ্রাস পাবে এবং সর্বনিম্ন সম্ভাবনাযুক্ত অ্যানিয়নগুলি অ্যানোডে জারিত হবে। হাইড্রোজেনের ইলেক্ট্রোড সম্ভাব্য "0" হিসাবে নেওয়া হয়। উদাহরণস্বরূপ, পটাসিয়ামের জন্য এটি (-2.93V), সোডিয়াম - (-2.71V), সীসা (-0.13V), যখন রৌপ্য আছে (+0.8 ভি).
গ্যাসে ইলেক্ট্রোলাইসিস
গ্যাস শুধুমাত্র একটি ionizer উপস্থিতিতে একটি ইলেক্ট্রোলাইটের ভূমিকা পালন করতে পারে। এই ক্ষেত্রে, ionized মাধ্যমে কারেন্ট ক্ষণস্থায়ী ইলেক্ট্রোডের উপর প্রয়োজনীয় প্রক্রিয়া ঘটায়। যাইহোক, ফ্যারাডে এর আইন গ্যাস ইলেক্ট্রোলাইসিসের ক্ষেত্রে প্রযোজ্য নয়। এর বাস্তবায়নের জন্য, নিম্নলিখিত শর্তগুলি প্রয়োজনীয়:
- গ্যাসের কৃত্রিম আয়নকরণ ছাড়া, উচ্চ ভোল্টেজ বা উচ্চ প্রবাহ কোনটাই সাহায্য করবে না।
- শুধুমাত্র অক্সিজেন ধারণ করে না এবং বায়বীয় অবস্থায় থাকে এবং কিছু গ্যাস ইলেক্ট্রোলাইসিসের জন্য উপযুক্ত।
গুরুত্বপূর্ণ ! যখন প্রয়োজনীয় শর্ত পূরণ করা হয়, প্রক্রিয়াটি তরল ইলেক্ট্রোলাইটে তড়িৎ বিশ্লেষণের অনুরূপভাবে এগিয়ে যায়।
ক্যাথোড এবং অ্যানোডে ঘটে যাওয়া প্রক্রিয়াগুলির বৈশিষ্ট্য
ইলেক্ট্রোলাইসিসের ব্যবহারিক প্রয়োগের জন্য, বৈদ্যুতিক প্রবাহ প্রয়োগ করা হলে উভয় ইলেক্ট্রোডে কী ঘটে তা বোঝা গুরুত্বপূর্ণ। সাধারণ প্রক্রিয়াগুলি হল:
- ক্যাথোড। ধনাত্মক চার্জযুক্ত আয়নগুলি এতে ছুটে যায়। এখানে ধাতুর হ্রাস বা হাইড্রোজেনের বিবর্তন ঘটে। ক্যাটানিক ক্রিয়াকলাপ অনুসারে ধাতুগুলির বিভিন্ন বিভাগ রয়েছে।ধাতু যেমন Li, K, Ba, St, Ca, Na, Mg, Be, Al শুধুমাত্র গলিত লবণ থেকে ভালভাবে হ্রাস পায়। যদি একটি দ্রবণ ব্যবহার করা হয়, তাহলে জলের তড়িৎ বিশ্লেষণের কারণে হাইড্রোজেন নির্গত হয়। নিম্নোক্ত ধাতুগুলির জন্য দ্রবণে হ্রাস পাওয়া সম্ভব, তবে যথেষ্ট ঘনত্বের সাথে, নিম্নলিখিত ধাতুগুলির জন্য - Mn, Cr, Zn, Fe, Cd, Ni, Ti, Co, Mo, Sn, Pb। Ag, Cu, Bi, Pt, Au, Hg এর জন্য প্রক্রিয়াটি সবচেয়ে সহজে এগিয়ে যায়।
- অ্যানোড। ঋণাত্মক চার্জযুক্ত আয়ন এই ইলেক্ট্রোডে প্রবেশ করে। অক্সিডাইজড, তারা ধাতু থেকে ইলেকট্রন গ্রহণ করে, যা তাদের অ্যানোডিক দ্রবীভূত হওয়ার দিকে পরিচালিত করে, যেমন ধনাত্মক চার্জযুক্ত আয়নে রূপান্তর, যা ক্যাথোডে পাঠানো হয়। Anions তাদের কার্যকলাপ অনুযায়ী শ্রেণীবদ্ধ করা হয়. এই ধরনের anions PO4, CO3, SO4, NO3, NO2, ClO4, F শুধুমাত্র গলে যেতে পারে। জলীয় দ্রবণে, ইলেক্ট্রোলাইসিস করা হয় না, কিন্তু অক্সিজেন নিঃসরণ সহ জল। Anion যেমন OH, Cl, I, S, Br খুব সহজে বিক্রিয়া করে।
ইলেক্ট্রোলাইসিস নিশ্চিত করার সময়, ইলেক্ট্রোড উপাদানের অক্সিডাইজ করার প্রবণতা বিবেচনা করা গুরুত্বপূর্ণ। এই বিষয়ে, জড় এবং সক্রিয় anodes স্ট্যান্ড আউট. জড় ইলেক্ট্রোডগুলি গ্রাফাইট, কার্বন বা প্ল্যাটিনাম দিয়ে তৈরি এবং আয়ন সরবরাহে অংশগ্রহণ করে না।
ইলেক্ট্রোলাইসিস প্রক্রিয়া প্রভাবিত ফ্যাক্টর
ইলেক্ট্রোলাইসিস প্রক্রিয়া নিম্নলিখিত কারণগুলির উপর নির্ভর করে:
- ইলেক্ট্রোলাইট রচনা. বিভিন্ন অমেধ্য একটি উল্লেখযোগ্য প্রভাব আছে. এগুলি 3 প্রকারে বিভক্ত - ক্যাটেশন, অ্যানিয়ন এবং জৈব। পদার্থগুলি বেস ধাতুর চেয়ে কম বা কম নেতিবাচক হতে পারে, যা প্রক্রিয়াতে হস্তক্ষেপ করে। জৈব অমেধ্যগুলির মধ্যে, দূষণকারী (যেমন তেল) এবং সার্ফ্যাক্টেন্টগুলি আলাদা। তাদের ঘনত্বের সর্বাধিক অনুমোদিত মান রয়েছে।
- বর্তমান ঘনত্ব. ফ্যারাডে এর আইন অনুসারে, জমাকৃত পদার্থের ভর বর্তমান শক্তি বৃদ্ধির সাথে বৃদ্ধি পায়। যাইহোক, প্রতিকূল পরিস্থিতি দেখা দেয় - ঘনীভূত মেরুকরণ, বর্ধিত ভোল্টেজ, ইলেক্ট্রোলাইটের তীব্র গরম। এটি মাথায় রেখে, প্রতিটি নির্দিষ্ট ক্ষেত্রে সর্বোত্তম বর্তমান ঘনত্বের মান রয়েছে।
- ইলেক্ট্রোলাইট pH. পরিবেশের অম্লতাও ধাতু বিবেচনা করে নির্বাচন করা হয়। উদাহরণস্বরূপ, জিঙ্কের জন্য ইলেক্ট্রোলাইট অ্যাসিডিটির সর্বোত্তম মান হল 140 g/cu.dm।
- ইলেক্ট্রোলাইট তাপমাত্রা. এটি একটি অস্পষ্ট প্রভাব আছে. তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে, তড়িৎ বিশ্লেষণের হার বৃদ্ধি পায়, তবে অমেধ্যগুলির কার্যকলাপও বৃদ্ধি পায়। প্রতিটি প্রক্রিয়ার জন্য একটি সর্বোত্তম তাপমাত্রা আছে। সাধারণত এটি 38-45 ডিগ্রির মধ্যে থাকে।
গুরুত্বপূর্ণ ! ইলেক্ট্রোলাইসিস বিভিন্ন প্রভাব এবং ইলেক্ট্রোলাইট রচনার পছন্দ দ্বারা ত্বরান্বিত বা ধীর হতে পারে। প্রতিটি অ্যাপ্লিকেশনের নিজস্ব নিয়ম রয়েছে, যা অবশ্যই কঠোরভাবে পালন করা উচিত।
ইলেক্ট্রোলাইসিস কোথায় ব্যবহৃত হয়?
ইলেক্ট্রোলাইসিস অনেক ক্ষেত্রে ব্যবহৃত হয়। ব্যবহারিক ফলাফল পাওয়ার জন্য ব্যবহারের বেশ কয়েকটি প্রধান ক্ষেত্র রয়েছে।
ইলেক্ট্রোপ্লেটিং
ধাতুর একটি পাতলা, টেকসই কলাই ইলেক্ট্রোলাইসিস দ্বারা প্রয়োগ করা যেতে পারে। প্রলিপ্ত পণ্যটি একটি ক্যাথোড আকারে স্নানে ইনস্টল করা হয় এবং ইলেক্ট্রোলাইটে পছন্দসই ধাতুর লবণ থাকে। তাই আপনি দস্তা, ক্রোমিয়াম বা টিন দিয়ে ইস্পাত আবরণ করতে পারেন।
ইলেক্ট্রোরিফাইনিং - তামা পরিশোধন
বৈদ্যুতিক পরিষ্কারের একটি উদাহরণ নিম্নলিখিত বিকল্প হতে পারে: ক্যাথোড - খাঁটি তামা অ্যানোড - অমেধ্য সহ তামা, ইলেক্ট্রোলাইট - কপার সালফেটের জলীয় দ্রবণ। অ্যানোড থেকে তামা আয়নগুলিতে যায় এবং অমেধ্য ছাড়াই ক্যাথোডে স্থায়ী হয়।
ধাতু খনির
লবণ থেকে ধাতু পেতে, তারা গলে স্থানান্তরিত হয়, এবং তারপর ইলেক্ট্রোলাইসিস প্রদান করা হয়। বক্সাইট, সোডিয়াম এবং পটাসিয়াম থেকে অ্যালুমিনিয়াম পাওয়ার জন্য এই জাতীয় পদ্ধতি বেশ কার্যকর।
অ্যানোডাইজিং
এই প্রক্রিয়ায়, আবরণটি অধাতু যৌগ থেকে তৈরি করা হয়। একটি ক্লাসিক উদাহরণ হল অ্যালুমিনিয়াম অ্যানোডাইজিং। অ্যালুমিনিয়াম অংশ একটি anode হিসাবে ইনস্টল করা হয়. ইলেক্ট্রোলাইট হল সালফিউরিক অ্যাসিডের দ্রবণ। ইলেক্ট্রোলাইসিসের ফলস্বরূপ, অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইডের একটি স্তর অ্যানোডে জমা হয়, যার প্রতিরক্ষামূলক এবং আলংকারিক বৈশিষ্ট্য রয়েছে। এই প্রযুক্তিগুলি বিভিন্ন শিল্পে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। আপনি নিরাপত্তা বিধি মেনে আপনার নিজের হাতে প্রক্রিয়াগুলি চালাতে পারেন।
শক্তি খরচ
ইলেক্ট্রোলাইসিস উচ্চ শক্তি খরচ প্রয়োজন. অ্যানোড কারেন্ট যথেষ্ট হলে প্রক্রিয়াটি ব্যবহারিক মূল্যের হবে এবং এর জন্য শক্তির উৎস থেকে একটি উল্লেখযোগ্য সরাসরি প্রবাহ প্রয়োগ করা প্রয়োজন। উপরন্তু, যখন এটি বাহিত হয়, পার্শ্ব ভোল্টেজের ক্ষতি ঘটে - অ্যানোড এবং ক্যাথোড ওভারভোল্টেজ, এর প্রতিরোধের কারণে ইলেক্ট্রোলাইটের ক্ষতি। ইনস্টলেশনের দক্ষতা প্রাপ্ত পদার্থের দরকারী ভরের একটি ইউনিটের সাথে শক্তি খরচের শক্তি সম্পর্কিত দ্বারা নির্ধারিত হয়।
ইলেক্ট্রোলাইসিস দীর্ঘদিন ধরে এবং উচ্চ দক্ষতার সাথে শিল্পে ব্যবহৃত হয়েছে। অ্যানোডাইজড এবং ইলেক্ট্রোপ্লেটেড আবরণগুলি দৈনন্দিন জীবনে সাধারণ হয়ে উঠেছে, এবং খনি এবং উপকরণের উপকারিতা আকরিক থেকে অনেক ধাতু নিষ্কাশন করতে সহায়তা করে। প্রক্রিয়াটির প্রধান নিদর্শনগুলি জেনে পরিকল্পনা করা এবং গণনা করা যেতে পারে।
অনুরূপ নিবন্ধ:
