इलेक्ट्रोकैमिकल सेल्स और रेडॉक्स रिएक्शन्स

रेडॉक्स रिएक्शन्स, जिन्हें ऑक्सीकरण-अपचयन प्रतिक्रियाएँ भी कहा जाता है, उनमें दो पदार्थों के बीच इलेक्ट्रॉनों का स्थानांतरण शामिल होता है। इन प्रतिक्रियाओं में, एक पदार्थ ऑक्सीकरण के अधीन होता है जबकि दूसरा अपचयन के अधीन होता है। इन प्रतिक्रियाओं को समझना इलेक्ट्रोकैमिकल सेल्स के अध्ययन में महत्वपूर्ण है, जो सिस्टम होते हैं जो रासायनिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में और इसके विपरीत बदल सकते हैं।

रेडॉक्स रिएक्शन्स क्या होते हैं?

रेडॉक्स रिएक्शन्स की पहचान एक रासायनिक प्रजाति से दूसरी प्रजाति में इलेक्ट्रॉनों के स्थानांतरण द्वारा की जाती है। यहां, ऑक्सीकरण का अर्थ होता है इलेक्ट्रॉनों का नुकसान, जबकि अपचयन का अर्थ होता है इलेक्ट्रॉनों का लाभ। ये प्रतिक्रियाएँ हमेशा युग्मित होती हैं क्योंकि अगर एक प्रजाति ऑक्सीकरण करती है (इलेक्ट्रॉनों का नुकसान करती है), तो दूसरी को अपचयन करना चाहिए (इलेक्ट्रॉनों का लाभ करना चाहिए)।

रेडॉक्स रिएक्शन का उदाहरण

जिंक और तांबे के आयन के बीच की प्रतिक्रिया पर विचार करें:

        Zn(s) + Cu 2+ (aq) → Zn 2+ (aq) + Cu(s)
    

इस प्रतिक्रिया में, जिंक दो इलेक्ट्रॉनों को खो देता है और Zn 2+ में ऑक्सीकरणित होता है। तांबे के आयन उन्हें दो इलेक्ट्रॉनों का लाभ करते हैं और तांबे के धातु में अपचयित होते हैं।

ऑक्सीकरण अर्ध-प्रतिक्रिया

        Zn(s) → Zn2 + (aq) + 2e-
    

जिंक धातु का ऑक्सीकरण हो जाता है, अर्थात इसके इलेक्ट्रॉनों को हटा दिया जाता है।

अपचयन अर्ध प्रतिक्रिया

        2Cu2 + (aq) + 2e− → Cu(s)
    

तांबे के आयन अपचयित होते हैं, अर्थात वे इलेक्ट्रॉनों का लाभ करते हैं।

ऑक्सीकरण और अपचयन एजेंट की पहचान

एक रेडॉक्स प्रतिक्रिया में, जो पदार्थ ऑक्सीकरणित होता है वह अपचय एजेंट होता है क्योंकि यह इलेक्ट्रॉनों का दान करता है। इसके विपरीत, जो पदार्थ अपचयित होता है वह ऑक्सीकरण एजेंट होता है क्योंकि यह इलेक्ट्रॉनों का प्राप्त करता है।

उपरोक्त उदाहरण में:

• Zn एक अपचय एजेंट है।
• Cu 2+ एक ऑक्सीकरण एजेंट है।

इलेक्ट्रोकैमिकल सेल्स

इलेक्ट्रोकैमिकल सेल्स वे उपकरण हैं जो रासायनिक प्रतिक्रियाओं से विद्युत ऊर्जा उत्पन्न कर सकते हैं या विद्युत ऊर्जा के माध्यम से रासायनिक प्रतिक्रियाओं की सुविधा प्रदान कर सकते हैं। ये सेल्स दो मुख्य प्रकारों में विभाजित होते हैं:

• गेल्वैनिक (या वोल्टाइक) सेल्स
• इलेक्ट्रोलाइटिक सेल

गेल्वैनिक सेल्स

गेल्वैनिक सेल्स अपनी शक्ति को स्वत: रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं से प्राप्त करते हैं। आइए जिंक-तांबे उदाहरण के प्रयोग से एक सामान्य गेल्वैनिक सेल का संचालन कैसे होता है, यह देखें।

डेनियल सेल

डेनियल सेल का एक क्लासिक उदाहरण है, जिसमें एक लवण पुल से जुड़े दो अर्ध-सेल्स होते हैं। एक अर्ध-सेल जिंक सल्फेट के एक घोल में रखी एक जिंक पट्टी रखता है, जबकि दूसरा अर्ध-सेल कॉपर सल्फेट के एक घोल में रखी एक तांबे की पट्टी रखता है।

        Zn(s) | ZnSO 4 (aq) || CuSO4 (aq) Cu(s)
    

यहां, जिंक इलेक्ट्रोड एनोड के रूप में कार्य करता है जहां ऑक्सीकरण होता है:

        Zn(s) → Zn2 + (aq) + 2e-
    

तांबे का इलेक्ट्रोड कैथोड के रूप में कार्य करता है जहां अपचयन होता है:

        2Cu2 + (aq) + 2e− → Cu(s)
    

इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह जिंक इलेक्ट्रोड से तांबे के इलेक्ट्रोड तक बाहरी सर्किट के माध्यम से होता है, जिससे एक विद्युत धारा उत्पन्न होती है। नमक पुल (आमतौर पर एक ट्यूब जिसमें NaNO 3 या KCl जैसे आयनों के साथ जेल होता है) दोनों घोल के बीच आयनों को स्थानांतरित होने देता है ताकि चार्ज संतुलन बनाए रखा जा सके।

इलेक्ट्रोलाइटिक सेल

गेल्वैनिक सेल्स के विपरीत, इलेक्ट्रोलाइटिक सेल्स को गैर-स्पोंटेनियस रासायनिक प्रतिक्रियाओं को चलाने के लिए बाहरी विद्युत ऊर्जा की आवश्यकता होती है। इस प्रकार का सेल इलेक्ट्रोलिसिस जैसी प्रक्रियाओं में उपयोग होता है, जहां यौगिकों को उनके घटक तत्वों में विघटित किया जाता है।

उदाहरण: जल का इलेक्ट्रोलिसिस

जल का इलेक्ट्रोलिसिस एक प्रक्रिया है जिसमें विद्युत धारा जल में प्रवाहित की जाती है ताकि वह ऑक्सीजन और हाइड्रोजन गैसों में विघटित हो जाए।

        2H 2 O(l) → 2H 2 (g) + O 2 (g)
    

इस प्रक्रिया के लिए सेटअप में जल में दो इलेक्ट्रोड डूबे होते हैं। बाहरी वोल्टेज लगाने पर, निम्नलिखित प्रतिक्रियाएँ होती हैं:

• एनोड (धनात्मक इलेक्ट्रोड) पर जल का ऑक्सीकरण ऑक्सीजन गैस और हाइड्रोजन आयन उत्पन्न करता है:

            2H 2 O(l) → O 2 (g) + 4H + (aq) + 4e -
        

• कैथोड (ऋणात्मक इलेक्ट्रोड) पर, अपचयन में हाइड्रोजन आयनों का इलेक्ट्रॉनों का लाभ होता है ताकि हाइड्रोजन गैस बने:

            4H + (aq) + 4e - → 2H 2 (g)
        

कुल मिलाकर प्रतिक्रिया जल के गैसीय हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में विघटन का प्रतिनिधित्व करती है।

इलेक्ट्रोकैमिकल सेल्स के अनुप्रयोग

इलेक्ट्रोकैमिकल सेल्स के कई अनुप्रयोग होते हैं। कुछ सबसे महत्वपूर्ण क्षेत्र निम्नलिखित हैं:

बैटरियां

बैटरियां मूलतः गेल्वैनिक सेल्स होती हैं जो रासायनिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करने के लिए संग्रहीत करती हैं। सामान्य प्रकार की बैटरियां हैं:

• अल्कलाइन बैटरियां
• लीड-एसिड बैटरियां (वाहनों में उपयोग होती हैं)
• लिथियम-आयन बैटरियां (इलेक्ट्रॉनिक्स में उपयोग होती हैं)

बैटरियों के प्रत्येक प्रकार के कामकाज के लिए रेडॉक्स रिएक्शन के सिद्धांतों का उपयोग किया जाता है।

इलेक्ट्रोप्लेटिंग

इलेक्ट्रोप्लेटिंग का उपयोग एक वस्तु की सतह पर धातु की एक पतली परत लगाने के लिए एक इलेक्ट्रोलाइटिक सेल का उपयोग करता है। उदाहरण के लिए, क्रोमियम को लोहे पर लगा सकते हैं ताकि जंग से बचाया जा सके, या सोने को आभूषणों पर सौंदर्यिक उद्देश्यों के लिए लगा सकते हैं।

औद्योगिक प्रक्रियाएं

इलेक्ट्रोकैमिकल सेल्स का औद्योगिक प्रक्रियाओं के विविधता में महत्व होता है जैसे:

• नमक के इलेक्ट्रोलिसिस के माध्यम से क्लोरीन गैस और सोडियम हाइड्रॉक्साइड का उत्पादन।
• हॉल-हेरॉल्ट प्रक्रिया के माध्यम से बाक्साइट से एल्युमिनियम का निर्माण।

निष्कर्ष

इलेक्ट्रोकैमिकल सेल्स और रेडॉक्स रिएक्शन्स का अध्ययन यह दृष्टिकोण प्रदान करता है कि कैसे रासायनिक परिवर्तन विद्युत ऊर्जा द्वारा उत्पन्न या संचालित हो सकते हैं। इन अवधारणाओं को समझाना विभिन्न दैनिक जीवन और औद्योगिक प्रक्रियाओं एप्लिकेशन की खोज के लिए मौलिक है।

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