மின்னாற்பகுப்பு - செயல், நோக்கம் மற்றும் பயன்பாடு ஆகியவற்றின் கொள்கை

மின்னாற்பகுப்பு செயல்முறைகள்

இரும்பு அல்லாத உலோகம் மற்றும் பல இரசாயனத் தொழில்களில் மின்னாற்பகுப்பு பரவலாக உள்ளது. அலுமினியம், துத்தநாகம், மெக்னீசியம் போன்ற உலோகங்கள் முக்கியமாக மின்னாற்பகுப்பு மூலம் பெறப்படுகின்றன. கூடுதலாக, மின்னாற்பகுப்பு தாமிரம், நிக்கல், ஈயம் ஆகியவற்றை சுத்திகரிக்க (சுத்திகரிக்க) பயன்படுத்தப்படுகிறது, அதே போல் ஹைட்ரஜன், ஆக்ஸிஜன், குளோரின் மற்றும் பல இரசாயனங்கள் தயாரிக்கப்படுகிறது.

மின்னாற்பகுப்பின் சாராம்சம் என்பது மின்னாற்பகுப்பு குளியல் வழியாக ஒரு நேரடி மின்னோட்டம் செல்லும் போது மற்றும் குளியலறையில் மூழ்கியிருக்கும் மின்முனைகளில் (எலக்ட்ரோஎக்ஸ்ட்ராக்ஷன்) அல்லது பொருட்கள் ஒரு மின்முனையிலிருந்து மற்றொரு மின்முனைக்கு மாற்றப்படும்போது எலக்ட்ரோலைட்டிலிருந்து பொருளின் துகள்களைப் பிரிப்பதாகும் ( மின்னாற்பகுப்பு சுத்திகரிப்பு). இரண்டு சந்தர்ப்பங்களிலும், செயல்முறைகளின் குறிக்கோள் அசுத்தங்களால் மாசுபடாத தூய்மையான சாத்தியமான பொருட்களைப் பெறுவதாகும்.

மாறாக மின்னணு கடத்துத்திறன் எலக்ட்ரோலைட்டுகளில் உள்ள உலோகங்கள் (தண்ணீரில் உள்ள உப்புகள், அமிலங்கள் மற்றும் தளங்களின் கரைசல்கள் மற்றும் வேறு சில கரைப்பான்கள், அத்துடன் உருகிய சேர்மங்களில்), அயனி கடத்துத்திறன் காணப்படுகிறது.

எலக்ட்ரோலைட்டுகள் இரண்டாம் வகுப்பு கடத்திகள்.இந்த தீர்வுகள் மற்றும் உருகுதல்களில், மின்னாற்பகுப்பு விலகல் நடைபெறுகிறது - நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறையாக சார்ஜ் செய்யப்பட்ட அயனிகளின் சிதைவு.

மின் ஆற்றல் மூலத்துடன் இணைக்கப்பட்ட மின்முனைகள் ஒரு எலக்ட்ரோலைட் - எலக்ட்ரோலைசர் கொண்ட ஒரு பாத்திரத்தில் வைக்கப்பட்டால், அதில் ஒரு அயனி மின்னோட்டம் பாயத் தொடங்கும், மேலும் நேர்மறையாக சார்ஜ் செய்யப்பட்ட அயனிகள் - கேஷன்கள் கேத்தோடிற்கு நகரும் (இவை முக்கியமாக உலோகங்கள் மற்றும் ஹைட்ரஜன். ), மற்றும் எதிர்மறையாக சார்ஜ் செய்யப்பட்ட அயனிகள் - அனான்கள் (குளோரின், ஆக்ஸிஜன்) - அனோடிற்கு.

எதிர்முனையில், அனான்கள் தங்கள் கட்டணத்தை விட்டுவிட்டு, மின்முனையில் குடியேறும் நடுநிலை துகள்களாக மாறும். கேத்தோடில், கேஷன்கள் மின்முனையிலிருந்து எலக்ட்ரான்களை எடுத்து, நடுநிலைப்படுத்தப்பட்டு, அதன் மீது நிலைநிறுத்தப்படுகின்றன, மேலும் மின்முனைகளில் வெளியிடப்படும் வாயுக்கள் குமிழ்கள் வடிவில் உயர்கின்றன.

அரிசி. 1. மின்னாற்பகுப்பின் போது செயல்முறைகள். மின்சார குளியல் சுற்று: 1 - குளியல், 2 - எலக்ட்ரோலைட், 3 - நேர்மின்முனை, 4 - கேத்தோடு, 5 - மின்சாரம்

வெளிப்புற சுற்றுவட்டத்தில் உள்ள மின்னோட்டம் என்பது எதிர்மின்முனையிலிருந்து கேத்தோடிற்கு எலக்ட்ரான்களின் இயக்கம் (படம் 1). இந்த வழக்கில், தீர்வு குறைகிறது, மேலும் மின்னாற்பகுப்பு செயல்முறையின் தொடர்ச்சியை பராமரிக்க, அது செறிவூட்டப்பட வேண்டும். எலக்ட்ரோலைட்டிலிருந்து (எலக்ட்ரோஎக்ஸ்ட்ராக்ஷன்) சில பொருட்கள் இப்படித்தான் பிரித்தெடுக்கப்படுகின்றன.

அனோட் எலக்ட்ரோலைட்டில் கரைந்தால், பிந்தையது குறைவதால், அதன் துகள்கள், எலக்ட்ரோலைட்டில் கரைந்து, நேர்மறை மின்னூட்டத்தைப் பெறுகின்றன, மேலும் அவை கேத்தோடிற்கு அனுப்பப்படுகின்றன, அதில் அவை டெபாசிட் செய்யப்படுகின்றன, இதன் மூலம் அனோடிலிருந்து கேத்தோடிற்கு பொருள் மாற்றப்படுகிறது. . அனோடின் உலோகத்தில் உள்ள அசுத்தங்கள் கேத்தோடிற்கு மாற்றப்படாமல் செயல்முறை மேற்கொள்ளப்படுவதால், இந்த செயல்முறை மின்னாற்பகுப்பு சுத்திகரிப்பு என்று அழைக்கப்படுகிறது.

எலெக்ட்ரோடு அது தயாரிக்கப்படும் அதே பொருளின் அயனிகளுடன் ஒரு கரைசலில் வைக்கப்பட்டால், மின்முனைக்கும் கரைசலுக்கும் இடையில் ஒரு குறிப்பிட்ட ஆற்றலில் மின்முனை கரையாது அல்லது கரைசலில் இருந்து பொருள் அதன் மீது டெபாசிட் செய்யப்படாது.

இந்த ஆற்றல் பொருளின் இயல்பான திறன் என்று அழைக்கப்படுகிறது. மின்முனையில் அதிக எதிர்மறை ஆற்றல் பயன்படுத்தப்பட்டால், ஒரு பொருளின் வெளியீடு (கத்தோடிக் செயல்முறை) தொடங்கும், ஆனால் அது மிகவும் நேர்மறையானதாக இருந்தால், அதன் கலைப்பு தொடங்கும் (அனோடிக் செயல்முறை).

சாதாரண ஆற்றல்களின் மதிப்பு அயனி செறிவு மற்றும் வெப்பநிலையைப் பொறுத்தது. ஹைட்ரஜனின் இயல்பான திறனை பூஜ்ஜியமாகக் கருதுவது பொதுவாக ஏற்றுக்கொள்ளப்படுகிறது. + 25 ° C இல் உள்ள பொருட்களின் சில அக்வஸ் கரைசல்களின் இயல்பான மின்முனை ஆற்றல்களை அட்டவணை 1 காட்டுகிறது.

அட்டவணை 1. + 25 ° C இல் இயல்பான மின்முனை ஆற்றல்கள்

எலக்ட்ரோலைட்டில் வெவ்வேறு உலோகங்களின் அயனிகள் இருந்தால், குறைந்த எதிர்மறை இயல்பான ஆற்றல் கொண்ட அயனிகள் (தாமிரம், வெள்ளி, ஈயம், நிக்கல்) முதலில் கேத்தோடில் பிரிக்கப்படுகின்றன; கார பூமி உலோகங்கள் தனிமைப்படுத்த மிகவும் கடினம். கூடுதலாக, அக்வஸ் கரைசல்களில் எப்போதும் ஹைட்ரஜன் அயனிகள் உள்ளன, அவை எதிர்மறையான இயல்பான ஆற்றலுடன் கூடிய அனைத்து உலோகங்களையும் விட முன்னதாகவே வெளியிடப்படும், எனவே, பிந்தையவற்றின் மின்னாற்பகுப்பின் போது, ​​ஹைட்ரஜனின் வெளியீட்டில் குறிப்பிடத்தக்க அல்லது பெரும்பாலான ஆற்றல் செலவிடப்படுகிறது. .

சிறப்பு நடவடிக்கைகளின் உதவியுடன், குறிப்பிட்ட வரம்புகளுக்குள் ஹைட்ரஜனின் பரிணாம வளர்ச்சியைத் தடுக்க முடியும், ஆனால் 1 V க்கும் குறைவான சாதாரண ஆற்றல் கொண்ட உலோகங்கள் (உதாரணமாக, மெக்னீசியம், அலுமினியம், கார பூமி உலோகங்கள்) மின்னாற்பகுப்பு மூலம் பெற முடியாது. நீர் பத திரவம். இந்த உலோகங்களின் உருகிய உப்புகளின் சிதைவு மூலம் அவை பெறப்படுகின்றன.

அட்டவணையில் சுட்டிக்காட்டப்பட்ட பொருட்களின் இயல்பான மின்முனை சாத்தியங்கள்.1, மின்னாற்பகுப்பு செயல்முறை தொடங்கும் மிகக் குறைவு, நடைமுறையில் செயல்பாட்டின் வளர்ச்சிக்கு பெரிய அளவிலான சாத்தியக்கூறுகள் தேவைப்படுகின்றன.

மின்னாற்பகுப்பின் போது ஒரு மின்முனையின் உண்மையான திறனுக்கும் அதன் இயல்பான திறனுக்கும் இடையே உள்ள வேறுபாடு அதிக மின்னழுத்தம் என்று அழைக்கப்படுகிறது. இது மின்னாற்பகுப்பின் போது ஆற்றல் இழப்பை அதிகரிக்கிறது.

மறுபுறம், ஹைட்ரஜன் அயனிகளுக்கான அதிக மின்னழுத்தத்தை அதிகரிப்பது கேத்தோடில் வெளியிடுவதை கடினமாக்குகிறது, இது ஈயம், தகரம், நிக்கல் போன்ற ஹைட்ரஜனை விட எதிர்மறையான பல உலோகங்களை அக்வஸ் கரைசல்களிலிருந்து மின்னாற்பகுப்பு மூலம் பெறுவதை சாத்தியமாக்குகிறது. , கோபால்ட், குரோமியம் மற்றும் துத்தநாகம் கூட. மின்முனைகளில் அதிகரித்த மின்னோட்ட அடர்த்தியில் செயல்முறையை நடத்துவதன் மூலமும், எலக்ட்ரோலைட்டில் சில பொருட்களை அறிமுகப்படுத்துவதன் மூலமும் இது அடையப்படுகிறது.

மின்னாற்பகுப்பின் போது கத்தோடிக் மற்றும் அனோடிக் எதிர்வினைகளின் போக்கு ஃபாரடேயின் பின்வரும் இரண்டு விதிகளால் தீர்மானிக்கப்படுகிறது.

1. கேத்தோடில் மின்னாற்பகுப்பின் போது வெளியிடப்படும் md என்ற பொருளின் நிறை அல்லது அனோடில் இருந்து எலக்ட்ரோலைட்டுக்கு அனுப்பப்படுவது, Azτ என்ற எலக்ட்ரோலைட் வழியாக அனுப்பப்படும் மின்சாரத்தின் அளவிற்கு விகிதாசாரமாகும்: me = α/τ, இங்கே a என்பது பொருளின் மின்வேதியியல் சமமானதாகும். , ஜி / சி.

2. அதே அளவு மின்சாரத்துடன் மின்னாற்பகுப்பின் போது வெளியிடப்படும் பொருளின் நிறை A இன் அணு நிறைக்கு நேர் விகிதாசாரமாகவும் அதன் வேலன்ஸ் nக்கு நேர்மாறான விகிதாசாரமாகவும் இருக்கும்: mNS = A / 96480n, இங்கே 96480 என்பது ஃபாரடே எண், C x mol -1.

இந்த வழியில், α= A / 96480n என்ற பொருளின் மின்வேதியியல் சமமானது, எலக்ட்ரோலைடிக் குளியல் வழியாக செல்லும் ஒரு யூனிட் அளவு மின்சாரத்தால் வெளியிடப்படும் கிராம்களில் உள்ள ஒரு பொருளின் வெகுஜனத்தைக் குறிக்கிறது - ஒரு கூலம்ப் (ஆம்பியர்-செகண்ட்).

காப்பர் A = 63.54, n =2, α =63.54/96480-2= 0.000329 g / C, நிக்கல் α =0.000304 g / C, துத்தநாகம் α = 0.00034 g / C

உண்மையில், வெளியிடப்பட்ட பொருளின் நிறை எப்போதும் சுட்டிக்காட்டப்பட்டதை விட குறைவாகவே இருக்கும், இது குளியல் (உதாரணமாக, கேத்தோடில் ஹைட்ரஜன் வெளியீடு), மின்னோட்டக் கசிவு மற்றும் மின்முனைகளுக்கு இடையில் உள்ள குறுகிய சுற்று ஆகியவற்றால் விளக்கப்படுகிறது.

ஃபாரடே விதியின்படி வெளியிடப்பட்டிருக்க வேண்டிய பொருளின் வெகுஜனத்தின் விகிதம் உண்மையில் η1 பொருளின் தற்போதைய மகசூல் என்று அழைக்கப்படுகிறது.

எனவே, ஒரு உண்மையான செயல்முறைக்கு mNS = η1 NS (A / 96480n) NS இது

இயற்கையாகவே, எப்போதும் η1

தற்போதைய செயல்திறன் மின்முனையின் தற்போதைய அடர்த்தியை கணிசமாக சார்ந்துள்ளது. மின்னோட்டத்தின் அடர்த்தி அதிகரிக்கும் போது, ​​தற்போதைய செயல்திறன் அதிகரிக்கிறது மற்றும் செயல்முறை திறன் அதிகரிக்கிறது.

மின்னாற்பகுப்புக்கு வழங்கப்பட வேண்டிய மின்னழுத்த Uel பின்வருவனவற்றைக் கொண்டுள்ளது: முறிவு மின்னழுத்தம் Ep (அனோடிக் மற்றும் கத்தோடிக் எதிர்வினைகளின் சாத்தியமான வேறுபாடு), அனோடிக் மற்றும் கத்தோடிக் ஓவர்வோல்டேஜ்களின் கூட்டுத்தொகை, எலக்ட்ரோலைட் Ep இல் மின்னழுத்த வீழ்ச்சி, எலக்ட்ரோலைட் Ue இல் மின்னழுத்த வீழ்ச்சி = IRep (பிரதிநிதி - மின்னாற்பகுப்பு எதிர்ப்பு), டயர்கள், தொடர்புகள், மின்முனைகளில் மின்னழுத்த வீழ்ச்சி Uc = I(Rw +Rto +RNS). நாங்கள் பெறுகிறோம்: Uel = Ep + Ep + Ue + Us.

மின்னாற்பகுப்பின் போது நுகரப்படும் சக்தி இதற்கு சமம்: Rel = IUmail = I(Ep + Ep + Ue + Uc)

இந்த சக்தியில், முதல் கூறு மட்டுமே எதிர்வினைகளை நடத்துவதற்குப் பயன்படுத்தப்படுகிறது, மீதமுள்ளவை செயல்முறையின் வெப்ப இழப்புகள். உருகிய உப்புகளின் மின்னாற்பகுப்பின் போது மட்டுமே, எலக்ட்ரோலைட் IUe இல் வெளியிடப்படும் வெப்பத்தின் ஒரு பகுதி பயனுள்ளதாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது, ஏனெனில் இது எலக்ட்ரோலைசரில் சார்ஜ் செய்யப்பட்ட உப்புகளை உருகுவதற்கு செலவிடப்படுகிறது.

மின்னாற்பகுப்பு குளியல் செயல்திறனை 1 ஜே மின்சாரத்தில் வெளியிடப்படும் கிராம் எடையினால் மதிப்பிடலாம்.இந்த மதிப்பு ஒரு பொருளின் ஆற்றல் மகசூல் என்று அழைக்கப்படுகிறது, இது qe = (αη1) /Uel100 என்ற வெளிப்பாட்டின் மூலம் கண்டறியப்படுகிறது, இங்கே α — ஒரு பொருளின் மின் வேதியியல் சமமான, g / C, η1 — தற்போதைய வெளியீடு, Uemail — மின்னாற்பகுப்பின் மின்னழுத்தம் செல், வி.