स्नातक → सामान्य रसायन विज्ञान ↓
वैद्युतरसायन
वैद्युतरसायन रसायन विज्ञान की एक शाखा है जो विद्युत और रासायनिक अभिक्रियाओं के बीच संबंधों का अध्ययन करती है। यह उन प्रक्रियाओं को शामिल करती है जिनके द्वारा रासायनिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में और विपरीत दिशा में परिवर्तित किया जाता है। यह क्षेत्र कई अनुप्रयोगों के लिए मौलिक है, जिनमें बैटरी, विद्युतप्लेेटिंग, और विद्युत अपघटन शामिल हैं।
मूलभूत अवधारणाएँ
वैद्युतरसायन को समझने के लिए हमें कुछ मूलभूत अवधारणाओं को परिभाषित करने की आवश्यकता है:
- ऑक्सीकरण: यह वह प्रक्रिया है जिसमें एक रासायनिक प्रजाति इलेक्ट्रॉन खो देती है। ऑक्सीकरण अवस्था में वृद्धि आमतौर पर इससे जुड़ी होती है।
- अपचयन: यह वह प्रक्रिया है जिसमें एक रासायनिक प्रजाति इलेक्ट्रॉन प्राप्त करती है, आमतौर पर ऑक्सीकरण अवस्था में कमी के साथ।
- रेडॉक्स अभिक्रिया: अपचयन-ऑक्सीकरण अभिक्रिया का संक्षिप्त रूप, जहां दोनों प्रक्रियाएँ एक साथ होती हैं।
- ऑक्सीकरणकारी अभिकर्ता: एक पदार्थ जो इलेक्ट्रॉन प्राप्त करता है और रासायनिक अभिक्रिया में अपचयित होता है।
- अपचयनकारी अभिकर्ता: एक पदार्थ जो रासायनिक अभिक्रिया में इलेक्ट्रॉन खो देता है और ऑक्सीकृत हो जाता है।
वैद्युतरसायनिक सेल
एक वैद्युतरसायनिक सेल एक प्रणाली है जो रासायनिक अभिक्रियाओं का उपयोग कर विद्युत ऊर्जा उत्पन्न करती है, या रासायनिक अभिक्रियाओं को संचालित करने के लिए विद्युत ऊर्जा का उपयोग करती है। वैद्युतरसायनिक सेल के दो प्रकार होते हैं:
- गैल्वेनिक (या वोल्टाइक) सेल
- विद्युत्परक सेल
गैल्वेनिक सेल
गैल्वेनिक सेल सेल के भीतर होने वाली स्वतःस्फूर्त रेडॉक्स अभिक्रियाओं से ऊर्जा प्राप्त करते हैं। यहाँ एक गैल्वेनिक सेल की उदाहरण सेटअप है:
उदाहरण के लिए, जस्ता-तांबा गैल्वेनिक सेल में जस्ता एनोड पर इलेक्ट्रॉन खोता है:
Zn → Zn²⁺ + 2e⁻इलेक्ट्रॉन एक बाहरी सर्किट के माध्यम से तांबा कैथोड तक प्रवाहित होते हैं, जहां वे विलयन में तांबे के आयनों के साथ अभिक्रिया करते हैं:
Cu²⁺ + 2e⁻ → Cuजब ये अभिक्रियाएँ जारी रहती हैं, तो इलेक्ट्रॉन सर्किट के माध्यम से प्रवाहित होते हैं, विद्युत शक्ति प्रदान करते हैं। नमक का पुल विद्युत तटस्थता को बनाए रखने के लिए आयनों के विनिमय की अनुमति देता है।
विद्युत्परक सेल
गैल्वेनिक सेल के विपरीत, एक विद्युत्परक सेल रासायनिक अभिक्रियाओं को संचालित करने के लिए एक बाहरी ऊर्जा स्रोत की आवश्यकता होती है। इन सैल का उपयोग अनैक्येय अभिक्रियाओं को प्रेरित करने के लिए किया जाता है। एक विद्युत्परक सेल का एक पारंपरिक अनुप्रयोग जल का विद्युत अपघटन है।
जल के विद्युत अपघटन में, एक बाहरी वोल्टेज लागू किया जाता है और जल को हाइड्रोजन और ऑक्सीजन गैसों में विघटित किया जाता है:
2H₂O(l) → 2H₂(g) + O₂(g)इलेक्ट्रोडों पर होने वाली अभिक्रियाएँ निम्नलिखित हैं:
- कैथोड:
2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻ - एनोड:
2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e⁻
वैद्युतरसायन के अनुप्रयोग
वैद्युतरसायन को समझना कई व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण है, जिनमें शामिल हैं:
- बैटरियाँ: विद्युत को स्टोर करने के लिए प्रयुक्त वैद्युतरसायनिक सेल। विभिन्न प्रकार की बैटरियों में विभिन्न रासायनिक संयोजन होते हैं, जैसे कि लेड-एसिड, लिथियम-आयन, और निकल-कैडमियम।
- संक्षारण रोकथाम: धातुएँ कुछ वातावरण में संक्षारित हो सकती हैं। वैद्युतरसायनिक विधियाँ इस प्रक्रिया को रोक सकती हैं या धीमा कर सकती हैं, जैसे कि गैल्वनीकरण में जहाँ एक सुरक्षा के लिए जस्ता की परत लगाई जाती है।
- विद्युत्प्लेेटिंग: एक सब्सट्रेट की सतह पर धातु की एक पतली परत निष्पादन की जाती है। यह आमतौर पर सजावटी उद्देश्यों के लिए, संक्षारण के खिलाफ सुरक्षा के लिए, या विद्युत चालकता को बढ़ाने के लिए उपयोग किया जाता है।
नेर्न्स्ट समीकरण
नेर्न्स्ट समीकरण वर्णन करता है कि आयनों की सांद्रता वैद्युतरसायनिक सेल की संभाव्यता को कैसे प्रभावित करती है। इसे इस प्रकार व्यक्त किया जाता है:
E = E⁰ - (RT/nF) * ln(Q)जहाँ:
Eसेल संभाव्यता है।E⁰मानक सेल संभाव्यता है।Rसार्वभौमिक गैस स्थिरांक है।Tकेल्विन में तापमान है।nइलेक्ट्रॉनों के मोल संख्याएँ हैं।Fफैराडे स्थिरांक है।Qअभिक्रिया भागफल है।
नेर्न्स्ट समीकरण रसायनविदों को गैर-मानक स्थितियों में सेल संभाव्यताओं की गणना की अनुमति देता है, जो विभिन्न सांद्रता और दबाव को शामिल करते हुए वैद्युतरसायनिक अभिक्रियाओं में प्रदान की गई है।
निष्कर्ष
वैद्युतरसायन रसायन विज्ञान का एक महत्वपूर्ण क्षेत्र है जिसका आधुनिक दुनिया में व्यापक अनुप्रयोग है। उन बैटरियों से जो हमारे इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को शक्ति प्रदान करती हैं उन औद्योगिक प्रक्रियाओं तक जो हम हर दिन उपयोग करते धातुओं का उत्पादन करती हैं, वैद्युतरसायन एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। रेडॉक्स अभिक्रियाओं के मूल सिद्धांतों और वैद्युतरसायनिक कोशिकाओं के संचालन को समझने से हमें रासायनिक अभिक्रियाओं की शक्ति का कुशलता से विद्युत ऊर्जा उत्पन्न और उपयोग करने में लाभ मिलता है।
टिप्पणियाँ