ইলেক্ট্রোলাইসিস - কর্ম, উদ্দেশ্য এবং প্রয়োগের নীতি

ইলেক্ট্রোলাইসিস প্রক্রিয়া

ইলেক্ট্রোলাইসিস অ লৌহঘটিত ধাতুবিদ্যা এবং বেশ কয়েকটি রাসায়নিক শিল্পে ব্যাপক। অ্যালুমিনিয়াম, জিঙ্ক, ম্যাগনেসিয়ামের মতো ধাতুগুলি প্রধানত তড়িৎ বিশ্লেষণের মাধ্যমে পাওয়া যায়। উপরন্তু, ইলেক্ট্রোলাইসিস তামা, নিকেল, সীসাকে পরিমার্জিত (শুদ্ধ) করার পাশাপাশি হাইড্রোজেন, অক্সিজেন, ক্লোরিন এবং অন্যান্য রাসায়নিক সংখ্যক উত্পাদন করতে ব্যবহৃত হয়।

ইলেক্ট্রোলাইসিসের সারমর্ম হল ইলেক্ট্রোলাইট থেকে পদার্থের কণাকে আলাদা করা যখন ইলেক্ট্রোলাইটিক স্নানের মধ্য দিয়ে প্রত্যক্ষ কারেন্ট চলে যায় এবং স্নানে নিমজ্জিত ইলেক্ট্রোডের উপর তাদের জমা হয় (ইলেক্ট্রো এক্সট্র্যাকশন) বা যখন পদার্থগুলি এক ইলেক্ট্রোড থেকে অন্য ইলেক্ট্রোলাইটের মাধ্যমে স্থানান্তরিত হয় ( ইলেক্ট্রোলাইটিক পরিশোধন)। উভয় ক্ষেত্রেই, প্রক্রিয়াগুলির লক্ষ্য হল বিশুদ্ধতম সম্ভাব্য পদার্থগুলি প্রাপ্ত করা যা অমেধ্য দ্বারা দূষিত নয়।

বিপরীতে ইলেকট্রনিক পরিবাহিতা ইলেক্ট্রোলাইটে ধাতু (লবণ, অ্যাসিড এবং জলের ঘাঁটিগুলির সমাধান এবং কিছু অন্যান্য দ্রাবকের পাশাপাশি গলিত যৌগগুলিতে), আয়নিক পরিবাহিতা পরিলক্ষিত হয়।

ইলেক্ট্রোলাইট হল দ্বিতীয় শ্রেণীর পরিবাহী।এই দ্রবণ এবং গলে, ইলেক্ট্রোলাইটিক বিচ্ছিন্নতা ঘটে — ইতিবাচক এবং নেতিবাচক চার্জযুক্ত আয়নগুলির বিচ্ছিন্নতা।

যদি বৈদ্যুতিক শক্তির উত্সের সাথে সংযুক্ত ইলেক্ট্রোডগুলি একটি ইলেক্ট্রোলাইট - একটি ইলেক্ট্রোলাইজার সহ একটি পাত্রে স্থাপন করা হয়, তবে এতে একটি আয়নিক প্রবাহ প্রবাহিত হতে শুরু করবে এবং ধনাত্মক চার্জযুক্ত আয়নগুলি ক্যাথোডে চলে যাবে (এগুলি মূলত ধাতু এবং হাইড্রোজেন। ), এবং ঋণাত্মক চার্জযুক্ত আয়নগুলি — অ্যানয়নগুলি (ক্লোরিন, অক্সিজেন) — অ্যানোডে।

অ্যানোডে, অ্যানিয়নগুলি তাদের চার্জ ছেড়ে দেয় এবং নিরপেক্ষ কণা হয়ে যায় যা ইলেক্ট্রোডে স্থির হয়। ক্যাথোডে, ক্যাটেশনগুলি ইলেক্ট্রোড থেকে ইলেকট্রন নেয় এবং এটিকে নিরপেক্ষ করে, এটির উপর বসতি স্থাপন করে এবং বুদবুদের আকারে ইলেক্ট্রোডগুলিতে নির্গত গ্যাসগুলি উপরে উঠে যায়।

ভাত। 1. ইলেক্ট্রোলাইসিস সময় প্রক্রিয়া. বৈদ্যুতিক স্নান সার্কিট: 1 — স্নান, 2 — ইলেক্ট্রোলাইট, 3 — অ্যানোড, 4 — ক্যাথোড, 5 — পাওয়ার সাপ্লাই

বাহ্যিক বর্তনীতে বৈদ্যুতিক প্রবাহ হল অ্যানোড থেকে ক্যাথোডে ইলেকট্রনের চলাচল (চিত্র 1)। এই ক্ষেত্রে, সমাধানটি ক্ষয়প্রাপ্ত হয় এবং তড়িৎ বিশ্লেষণ প্রক্রিয়ার ধারাবাহিকতা বজায় রাখার জন্য, এটি অবশ্যই সমৃদ্ধ করা উচিত। এভাবেই ইলেক্ট্রোলাইট (ইলেক্ট্রোলাইট) থেকে নির্দিষ্ট কিছু পদার্থ বের করা হয়।

যদি অ্যানোডটি ইলেক্ট্রোলাইটে দ্রবীভূত হতে পারে, যেমন পরেরটি ক্ষয়প্রাপ্ত হয়, তবে এর কণাগুলি, ইলেক্ট্রোলাইটে দ্রবীভূত হয়ে, একটি ধনাত্মক চার্জ অর্জন করে এবং ক্যাথোডে নির্দেশিত হয়, যার উপর তারা জমা হয়, যার ফলে অ্যানোড থেকে ক্যাথোডে উপাদান স্থানান্তরিত হয়। . যেহেতু প্রক্রিয়াটি সম্পাদিত হয় যাতে অ্যানোডের ধাতুতে থাকা অমেধ্যগুলি ক্যাথোডে স্থানান্তরিত না হয়, এই প্রক্রিয়াটিকে ইলেক্ট্রোলাইটিক পরিশোধন বলা হয়।

যদি ইলেক্ট্রোডটিকে একই পদার্থের আয়ন সহ একটি দ্রবণে স্থাপন করা হয় যা থেকে এটি তৈরি করা হয়, তবে ইলেক্ট্রোড এবং দ্রবণের মধ্যে একটি নির্দিষ্ট সম্ভাবনায় ইলেক্ট্রোডটি দ্রবীভূত হয় না বা দ্রবণ থেকে পদার্থটি এতে জমা হয় না।

এই সম্ভাব্যতাকে পদার্থের স্বাভাবিক সম্ভাবনা বলা হয়। যদি ইলেক্ট্রোডে আরও নেতিবাচক সম্ভাবনা প্রয়োগ করা হয়, তবে এটিতে একটি পদার্থের মুক্তি (ক্যাথোডিক প্রক্রিয়া) শুরু হবে, তবে যদি এটি আরও ইতিবাচক হয় তবে এর দ্রবীভূতকরণ শুরু হবে (অ্যানোডিক প্রক্রিয়া)।

স্বাভাবিক সম্ভাবনার মান আয়ন ঘনত্ব এবং তাপমাত্রার উপর নির্ভর করে। সাধারণত হাইড্রোজেনের স্বাভাবিক সম্ভাবনাকে শূন্য বলে বিবেচনা করা হয়। সারণি 1 + 25 ° C তাপমাত্রায় পদার্থের কিছু জলীয় দ্রবণের স্বাভাবিক ইলেক্ট্রোড সম্ভাব্যতা দেখায়।

সারণি 1. + 25 ডিগ্রি সেলসিয়াসে সাধারণ ইলেক্ট্রোড সম্ভাব্যতা

যদি ইলেক্ট্রোলাইটে বিভিন্ন ধাতুর আয়ন থাকে, তবে কম নেতিবাচক স্বাভাবিক সম্ভাবনার আয়নগুলি (তামা, রূপা, সীসা, নিকেল) ক্যাথোডে প্রথমে আলাদা করা হয়; ক্ষারীয় আর্থ ধাতুগুলিকে আলাদা করা সবচেয়ে কঠিন। এছাড়াও, জলীয় দ্রবণে সর্বদা হাইড্রোজেন আয়ন থাকে, যা নেতিবাচক স্বাভাবিক সম্ভাবনা সহ সমস্ত ধাতুর চেয়ে আগে মুক্তি পাবে, তাই, পরবর্তীটির তড়িৎ বিশ্লেষণের সময়, হাইড্রোজেন নিঃসরণে একটি উল্লেখযোগ্য বা এমনকি বেশিরভাগ শক্তি ব্যয় হয়। .

বিশেষ ব্যবস্থার সাহায্যে, নির্দিষ্ট সীমার মধ্যে হাইড্রোজেনের বিবর্তন রোধ করা সম্ভব, তবে 1 V-এর কম স্বাভাবিক সম্ভাবনাযুক্ত ধাতুগুলি (উদাহরণস্বরূপ, ম্যাগনেসিয়াম, অ্যালুমিনিয়াম, ক্ষারীয় আর্থ ধাতু) ইলেক্ট্রোলাইসিস দ্বারা প্রাপ্ত করা যায় না। জলীয় দ্রবণ. এগুলি এই ধাতুগুলির গলিত লবণের পচন দ্বারা প্রাপ্ত হয়।

সারণিতে নির্দেশিত পদার্থের সাধারণ ইলেক্ট্রোড সম্ভাব্যতা।1, ন্যূনতম যেখানে ইলেক্ট্রোলাইসিস প্রক্রিয়া শুরু হয়, অনুশীলনে প্রক্রিয়াটির বিকাশের জন্য সম্ভাবনার বড় মান প্রয়োজন।

তড়িৎ বিশ্লেষণের সময় একটি ইলেক্ট্রোডের প্রকৃত সম্ভাবনা এবং এর স্বাভাবিক সম্ভাবনার মধ্যে পার্থক্যকে ওভারভোল্টেজ বলে। এটি ইলেক্ট্রোলাইসিসের সময় শক্তির ক্ষতি বাড়ায়।

অন্যদিকে, হাইড্রোজেন আয়নগুলির জন্য ওভারভোল্টেজ বাড়ানোর ফলে এটি ক্যাথোডে ছেড়ে দেওয়া কঠিন করে তোলে, যা জলীয় দ্রবণ থেকে ইলেক্ট্রোলাইসিস দ্বারা প্রাপ্ত করা সম্ভব করে তোলে যা হাইড্রোজেনের চেয়ে বেশি নেতিবাচক, যেমন সীসা, টিন, নিকেল। , কোবাল্ট, ক্রোমিয়াম এবং এমনকি দস্তা। এটি ইলেক্ট্রোডগুলিতে বর্ধিত বর্তমান ঘনত্বে প্রক্রিয়াটি পরিচালনা করে এবং সেইসাথে ইলেক্ট্রোলাইটে নির্দিষ্ট পদার্থ প্রবর্তন করে অর্জন করা হয়।

ইলেক্ট্রোলাইসিসের সময় ক্যাথোডিক এবং অ্যানোডিক বিক্রিয়ার কোর্স ফ্যারাডে এর নিম্নলিখিত দুটি আইন দ্বারা নির্ধারিত হয়।

1. ক্যাথোডে ইলেক্ট্রোলাইসিস চলাকালীন md পদার্থের ভর নির্গত হয় বা অ্যানোড থেকে ইলেক্ট্রোলাইটে প্রেরণ করা হয় ইলেক্ট্রোলাইট Azτ এর মধ্য দিয়ে প্রবাহিত বিদ্যুতের পরিমাণের সমানুপাতিক: me = α/τ, এখানে a হল পদার্থের তড়িৎ রাসায়নিক সমতুল্য , g/C.

2. তড়িৎ বিশ্লেষণের সময় একই পরিমাণ বিদ্যুতের সাথে নির্গত পদার্থের ভর A পদার্থের পারমাণবিক ভরের সাথে সরাসরি সমানুপাতিক এবং এর ভ্যালেন্স n এর বিপরীতভাবে সমানুপাতিক: mNS = A / 96480n, এখানে 96480 হল ফ্যারাডে সংখ্যা, C x mol -1।

এইভাবে, একটি পদার্থের তড়িৎ রাসায়নিক সমতুল্য α= A / 96480n ইলেক্ট্রোলাইটিক স্নানের মধ্য দিয়ে যাওয়া বিদ্যুতের একক পরিমাণ দ্বারা নির্গত গ্রামগুলিতে একটি পদার্থের ভরকে প্রতিনিধিত্ব করে — একটি কুলম্ব (অ্যাম্পিয়ার-সেকেন্ড)।

তামার জন্য A = 63.54, n =2, α =63.54/96480-2= 0.000329 g/C, নিকেলের জন্য α =0.000304 g/C, দস্তার জন্য α = 0.00034 g/C

প্রকৃতপক্ষে, মুক্তিপ্রাপ্ত পদার্থের ভর সর্বদা নির্দেশিত থেকে কম থাকে, যা স্নানে সংঘটিত বেশ কয়েকটি পার্শ্ব প্রক্রিয়া দ্বারা ব্যাখ্যা করা হয় (উদাহরণস্বরূপ, ক্যাথোডে হাইড্রোজেন মুক্তি), বর্তমান ফুটো এবং ইলেক্ট্রোডের মধ্যে শর্ট সার্কিট।

পদার্থের ভরের অনুপাত প্রকৃতপক্ষে তার ভরের সাথে যা ফ্যারাডে-র আইন অনুসারে মুক্তি হওয়া উচিত ছিল তাকে পদার্থের বর্তমান ফলন বলা হয় η1।

অতএব, একটি বাস্তব প্রক্রিয়ার জন্য mNS = η1 NS (A / 96480n) NS এটি

স্বাভাবিকভাবেই, সবসময় η1

বর্তমান কার্যকারিতা ইলেক্ট্রোডের বর্তমান ঘনত্বের উপর উল্লেখযোগ্যভাবে নির্ভরশীল। ইলেক্ট্রোড কারেন্টের ঘনত্ব বাড়ার সাথে সাথে বর্তমান দক্ষতা বৃদ্ধি পায় এবং প্রক্রিয়ার দক্ষতা বৃদ্ধি পায়।

ইলেক্ট্রোলাইজারে যে ভোল্টেজ Uel সরবরাহ করতে হবে তার মধ্যে রয়েছে: ব্রেকডাউন ভোল্টেজ Ep (অ্যানোডিক এবং ক্যাথোডিক বিক্রিয়ার সম্ভাব্য পার্থক্য), অ্যানোডিক এবং ক্যাথোডিক ওভারভোল্টেজের সমষ্টি, ইলেক্ট্রোলাইট ইপি-তে ভোল্টেজ ড্রপ, ইলেক্ট্রোলাইটে ভোল্টেজ ড্রপ Ue = IRep (প্রতিনিধি — ইলেক্ট্রোলাইটিক প্রতিরোধ), টায়ারে ভোল্টেজ ড্রপ, পরিচিতি, ইলেক্ট্রোড Uc = I(Rw +Rto +RNS)। আমরা পাই: Uel = Ep + Ep + Ue + Us।

ইলেক্ট্রোলাইসিসের সময় যে শক্তি খরচ হয় তার সমান: Rel = IUmail = I(Ep + Ep + Ue + Uc)

এই শক্তির মধ্যে, শুধুমাত্র প্রথম উপাদানটি প্রতিক্রিয়া পরিচালনার জন্য ব্যবহৃত হয়, বাকিগুলি প্রক্রিয়াটির তাপের ক্ষতি। শুধুমাত্র গলিত লবণের ইলেক্ট্রোলাইসিসের সময়, ইলেক্ট্রোলাইট IUe-তে প্রকাশিত তাপের অংশটি কার্যকরভাবে ব্যবহার করা হয়, কারণ এটি ইলেক্ট্রোলাইজারে চার্জ করা লবণ গলানোর জন্য ব্যয় করা হয়।

ইলেক্ট্রোলাইসিস বাথের কার্যকারিতা প্রতি 1 জে বিদ্যুতের প্রতি গ্রাম থেকে প্রকাশিত পদার্থের ভর দ্বারা অনুমান করা যেতে পারে।এই মানটিকে একটি পদার্থের শক্তির ফলন বলা হয়। এটি qe = (αη1) /Uel100 অভিব্যক্তি দ্বারা পাওয়া যেতে পারে, এখানে α — একটি পদার্থের তড়িৎ রাসায়নিক সমতুল্য, g/C, η1 — বর্তমান আউটপুট, Uemail — একটি ইলেক্ট্রোলাইটিকের ভোল্টেজ সেল, ভি।