વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ (ઇલેક્ટ્રોલિસિસ)

વિકિપીડિયામાંથી
Jump to navigation Jump to search
વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણનાં પ્રાયોગિક સાધનોનાં રેખાચિત્રો કે સામાન્યતઃ જેનો વપરાશ શાળાઓની પ્રયોગશાળામાં કરવામાં આવે છે.

રસાયણશાસ્ત્ર અને ઉત્પાદનમાં વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ એ વીજળીના પ્રવાહનો ઉપયોગ કરવાની એક પદ્ધતિ છે. કે જેથી કરીને બીજા પ્રકારની બિન સ્વયંસ્ફૂરિત રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓને ગતિ આપી શકાય. વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ એ ઇલેક્ટ્રોલિક્ટિક સેલ બનાવવા માટે જરૂરી એવી કાચી ધાતું જેવા કુદરતી સ્રતોનાં ઘટકોને છૂટા પાડવા માટે વ્યાપારિક ધોરણે ખૂબ જ મહત્વનો તબક્કો છે.

ઇતિહાસ[ફેરફાર કરો]

સર્વસામાન્ય નિરીક્ષણ[ફેરફાર કરો]

વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ એ આયન નામના વિશિષ્ટ પદાર્થ મારફતે વીજ પ્રવાહ પસાર કરવાની પદ્ધતિ છે. આ પદાર્થ પીગળેલો અથવા તો પીગળી શકે તેવા પદાર્થ સાથે મિશ્રિત થયેલો હોય છે જેના પરિણામે વીજધ્રુવ ઉપર રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા થાય છે અને તત્વો છૂટાં પડે છે.

વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણને પ્રાપ્ત કરવા માટે જરૂરી ઘટકો આ પ્રમાણે છે:

  • વિદ્યુત સંચારિત એકમો ધરાવતું છૂટથી ફરી શકે તેવું પ્રવાહી-ઇલેક્ટ્રોલાઇટ
  • પ્રત્યક્ષ વીજ પ્રવાહનો બાહ્ય સ્રોત
  • ઇલેક્ટ્રોડ્સના નામે ઓળખાતા બે મજબૂત સળિયા કે પટ્ટીઓ

ઉપરોક્ત તમામ ઘટકો વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણની પ્રક્રિયામાં નીચે મુજબની ભૂમિકા ભજવે છે:

  • છૂટથી ફરી શકે તેવા વિદ્યુત સંચાર એકમો પ્રવાહી (ઇલેક્ટ્રોલાઇટ)માં વીજ પ્રવાહના વાહક હોય છે. જો મીઠાં જેવાં સખત પદાર્થની જેમ વિદ્યુત સંચારિત એકમો છૂટથી ફરી શકે તેમ ન હોય તો વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ શક્ય બનતું નથી.
  • બહારથી આપવામાં આવતો પ્રત્યક્ષ વીજ પ્રવાહ પ્રવાહી કે દ્રાવણમાંથી વિદ્યુત સંચારિત એકમોને છૂટા પાડવા માટે જરૂરી ઊર્જા પૂરી પાડે છે. બાહ્ય સર્કિટમાં રહેલા વીજાણુઓ દ્વારા વીજ પ્રવાહનું વહન કરવામાં આવે છે.
  • સળિયાઓ બે પ્રદેશ વચ્ચે ભૌતિકતા પૂરી પાડે છે.
    • વીજળીથી ચાલતી સર્કિટ વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ મેળવવા માટે જરૂરી ઊર્જા પૂરી પાડે છે.
    • ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં આયોનિક તત્વો રહેલાં હોય છે કે જેનું વિઘટન કરવાનું હોય છે.

સળિયોઓ વીજળીનું સંચાલન કરી શકે તેવા હોવા જોઇએ. ધાતુ, ગ્રેફાઇટ અને સેમિકન્ડક્ટરનાં સળિયાઓનો મોટા ભાગે વધારે ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. માફકસરનાં સળિયાઓની પસંદગીનો આધાર નીચેની બાબતો ઉપર હોય છે:

  • સળિયાઅને ઇલ્ક્ટ્રોલાઇટ વચ્ચે થતી રાસાયણિક પ્રક્રિયા
  • સળિયાની ઉત્પાદન કિંમત

વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણના પ્રયોગને આનુસંગિક સાધનોમાં નીચે જણાવેલી વસ્તુઓનો સમાવેશ થાય છે:

  • ઉત્પાદનની પ્રતિક્રિયાને પુરવઠો આપવા સંગ્રહ કરવા અને નિકાલ કરવા માટે જરૂરી વાસણો.
  • ઇલેક્ટ્રિકલ સર્કિટરી

વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણની પ્રક્રિયા[ફેરફાર કરો]

વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણની ચાવીરૂપ પ્રક્રિયા બાહ્ય સર્કિટમાંથી વીજાણુના ઉમેરો અથવા નાશ કરીને અણુ અને આયનની આંતરિક તબદિલી કરવાની છે. વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ માટે જરૂરી ઉત્પાદનોમાં ઇલેક્ટ્રોલાઇટના વિવિધ નક્કર ઉત્પાદનો અને તેને કેટલીક નક્કર પ્રક્રિયાઓ દ્વારા દૂર કરી શકાય તે છે. દા. ત. દરિયાનાં પાણીનું વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ કરીને હાઇડ્રોજન અને ક્લોરિનનું ઉત્પાદન કરવા માટે ગેસનાં ઉત્પાદનનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. ઇલેક્ટ્રોલાઇટ મારફતે આ ગેસનાં ઉત્પાદનોમાંથી પરપોટા બને છે અને તેનો સંગ્રહ કરવામાં આવે છે.

છૂટથી ફરી શકે તેવા આયન ધરાવતા દ્રાવણ (ઇલેક્ટ્રોલાઇટ)નું ઉત્પાદન

સળિયાઓને ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં ડૂબાડી રાખીને સળિયાઓની જોડીમાં વીજાણવીય પરિબળ ઊભું કરવામાં આવે છે.

પ્રત્યેક સળિયો વિરુદ્ધ વીજળીનો પ્રવાહ ધરાવનારા આયનને પોતાની તરફ આકર્ષિત કરે છે. સકારાત્મક વીજ પ્રવાહ પામેલા ધનાયન જે વીજાણુઓ નકારાત્મક ઋણાગ્ર પૂરા પાડે છે તેની તરફ દોરાઇ જાય છે. જ્યારે નકારાત્મક વીજ પ્રવાહ પામેલા ઋણાયનો ધન ધ્રુવીય અણુઓ તરફ દોરવાય છે.

સળિયાઓ ઉપર વીજાણુઓના શોષણ અને તેમને છૂટા પાડવાની પ્રક્રિયા અણુઓ અને આયન દ્વારા કરવામાં આવે છે. જે અણુઓ વીજાણુઓ મેળવે છે અથવા ગુમાવે છે તેઓ વીજ પ્રવાહ પામેલા આયન બની જાય છે અને તેમને ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં પસાર કરવામાં આવે છે. જે આયન વીજાણુઓ પ્રાપ્ત કરે છે કે ગુમાવે છે તેઓ વીજ પ્રવાહ મેળવ્યા વિનાના અણુઓ બની જાય છે અને તેઓ ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાંથી છૂટા પડી જાય છે. આયનમાંથી બનેલા વીજ પ્રવાહ રહિત અણુઓને વિસર્જકો કહેવામાં આવે છે.

આયનો સળિયા તરફ હિજરત કરી જાય તે માટેની જરૂરી ઊર્જા અને આયનના બંધારણમાં ફેરફાર કરતી ઊર્જા વીજ પ્રવાહનું પરિબળ ધરાવતા બાહ્ય સ્રોતમાંથી લેવામાં આવે છે.

વીજ ધ્રુવ ઉપર ઉપચયન અને સંકોચન[ફેરફાર કરો]

આયનનું ઉપચયન અથવા તો તેનાં તટસ્થ વિભાજનની પ્રક્રિયા ધનધ્રુવ ઉપર જોવા મળે છે અને આયનની ઘટવાની પ્રક્રિયા અથવા તો તેનું તટસ્થ વિભાજન ઋણાગ્ર ઉપર જોવા મળે છે. દા. ત. ધનધ્રુવ ઉપર ફેરસ આયનનું ફેરિક આયનમાં ઉપચયન કરવું શક્ય છે:

Fe2+
aq
→ Fe3+
aq
+ e

ઋણાગ્રમાંથી ફેરિસિનાઇડ આયનમાંથી ફેરોસિનાઇડ આયન ઘટાડવાનું પણ શક્ય છે:

Fe(CN)3-
6
+ e → Fe(CN)4-
6

તટસ્થ વિભાજન પણ દરેક સળિયા સાથે પ્રતિક્રિયા કરે છે. દા. ત. ઋણાગ્ર ઉપર પી-બેન્ઝોક્વિનોનને ઘટાડીને હાઇડ્રોક્વિનોન કરી શકાય છે:

+ 2 e 2 H+

છેલ્લાં ઉદાહરણમાં H+ આયન પણ પ્રતિક્રિયામાં ભાગ લે છે.જે દ્રાવણમાં રહેલા તેજાબ મારફતે અથવા તો દ્રાવણ (પાણી, મિથેનોલ વગેરે)માંથી મળે છે. એચ+ ધરાવતી વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણની પ્રતિક્રિયા તેજાબી દ્રાવણોમાં ખૂબ વધારે માત્રામાં જોવા મળે છે. શ્રારયુક્ત દ્રાવણો કે જેમાં ઓએચ - (હાઇડ્રોક્સાઇડ આયન) હોય તેમાં સમાન પ્રતિક્રિયાઓ થતી હોય છે.

પ્રાણવાયુ સાથે મિશ્રિત મહત્વપૂર્ણ પદાર્થો અથવા તો પરિવર્તિત પામેલી વસ્તુ દ્રાવણ (સામાન્યતઃ પાણી) હોઈ શકે છે. અથવા તો વીજ ધ્રુવ પણ હોઈ શકે છે. ગેસ સહિતના પદાર્થોનું પણ વિદ્યુત-વિશ્લેષણ વિચ્છેદન કરવું શક્ય છે.

વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ દરમિયાન ઊર્જા ફેરફારો[ફેરફાર કરો]

વીજ ઊર્જાનો જથ્થો ગિબ્સ ફ્રી એનર્જીમાં સમાન પ્રકારે ઉમેરવામાં આવે તે જરૂરી છે. જે પ્રતિક્રિયામાં ખોટનો ઉમેર કરવાથી પ્રાપ્ત થાય છે. વલણાત્મક રીતે ખોટ (સિદ્ધાંતમાં) શૂન્યની નજીક હોય છે. જેથી વધુમાં વધુ થર્મોડાયનેમિક કાર્યક્ષમતા વિઘટનમાં બદલાવ મુક્ત ઊર્જાના તફાવતોની પ્રતિક્રિયાના બદલાવને કારણે એન્થાલ્પી સમકક્ષ હોય છે. મોટાભાગના કિસ્સાઓમાં અંદર નાખવામાં આવેલી ઊર્જા એન્થાલ્પીના પ્રતિક્રિયાના બદલાવ કરતા વધારે હોય છે. તેથી કેટલીક ઊર્જા ગરમીના રૂપે છૂટી પડે છે. કેટલાક કિસ્સાઓમાં જેમ કે વરાળનું હાઇડ્રોજન અને ઓક્સિજનમાં ઊંચા તાપમાને વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ કરવામાં આવે ત્યારે તેનું વિરોધી સાચું હોય છે. આસપાસમાંથી ગરમી શોષાઈ જાય છે અને ઉત્પન્ન કરવામાં આવેલા હાઇડ્રોજનનું ઊર્જા મૂલ્ય પસાર કરવામાં આવેલા વીજ પ્રવાહ કરતા વધારે હોય છે.

સંબંધિત તકનિકો[ફેરફાર કરો]

વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ સંબંધિત અન્ય તકનિકો આ પ્રમાણે છે:

  • જેલ ઇલેક્ટ્રોફોરેસિસ એ અર્ધ ચીકણા પ્રવાહીના ઉપયોગ દ્વારા કરવામાં આવતી વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણની પ્રક્રિયા છે. તેનો ઉપયોગ ખરાબ ડીએનએ (DNA)ને છૂટા પાડવા માટે કરવામાં આવે છે. જે વીજ ઊર્જાને આધારિત હોય છે.
  • હાઇડ્રોજન પ્રવાહી કોષો સહિતના ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ કોષોનો ઉપયોગ ઇલેક્ટ્રોડ્ઝમાં રહેલા પરિબળોનો ભેદ પારખવા માટે કરવામાં આવે છે. જેના કારણે વીજળીક પરિબળ પેદા થાય છે જે વીજ પ્રવાહને બહાર ખેંચવામાં મદદરૂપ થાય છે. આયન અને ઇલેક્ટ્રોડ્ઝની પ્રતિક્રિયા સાથે સંબંધિત હોવા છતાં પણ વિદ્યુત વિચ્છેદન- વિશ્લેષણ અને ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ કોષોમાં ખૂબ જ તફાવત રહેલો છે. પ્રવાહી કોષો "વિપરીતમાં વિદ્યુત-વિચ્છેદન વિશ્લેષણ કરે" તેમ માનવું જોઈએ નહીં .

વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણનો ફેરાડેનો સિદ્ધાંત[ફેરફાર કરો]

વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણનો પ્રથમ સિદ્ધાંત[ફેરફાર કરો]

વર્ષ 1832માં માઇકલ ફેરાડેએ નોંધ્યું કે વીજ પ્રવાહ પસાર કરીને વિઘટીત કરવામાં આવનારાં તત્વોનાં જથ્થામાં ઓગળેલા મીઠાંનું પ્રમાણ સર્કિટમાંથી પસાર કરવામાં આવેલા વીજ પ્રવાહ જેટલો હોય છે. વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણના પ્રથમ સિદ્ધાંતના પાયાઓ આ બન્યાં હતાં:

વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણનો બીજો સિદ્ધાંત[ફેરફાર કરો]

ફેરાડેએ એમ પણ નોંધ્યું કે જ્યારે પૂર્ણતાને પામવા માટેના વિભાજન સંકેતોનો ઉપયોગ કરવામાં આવે ત્યારે વિઘટીત થયેલા જથ્થાના પરિણામ સ્વરૂપ તે એટમિક જથ્થાની સરખામણીનું હતું. આ પ્રયોગે એવી મજબૂત પુરાવાઓ આપ્યા કે તત્વોના અણુઓનું વિભાજન થાય છે ત્યારે ભૌતિકપદ્રાથના સૂક્ષ્મકણો છૂટાં પડે છે.

ઔદ્યોગિક ઉપયોગો[ફેરફાર કરો]

એલ્યુમિનીયમ બનાવવા માટે હોલ-હેરોલ્ટ પ્રક્રિયા

વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણના અન્ય ઘણા ઉપયોગો પણ છે:

  • વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ મારફતે કરવામાં આવતી ઇલેક્ટ્રોમેટલર્જીની પ્રક્રિયા એ ધાતુ ધરાવતા ઘટકોમાંથી ધાતુનાં તત્વોને ઘટાડવા માટે કરવામાં આવતી પ્રક્રિયા છે. જેના કારણે ધાતુઓનું શદ્ધ તત્વ જળવાઇ રહે. ઉદાહરણ તરીકે સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડનાં પીગળેલાં સ્વરૂપમાંથી વિદ્યુત વિચ્છેદન- વિશ્લેષણ મારફતે સોડિયમ અને પ્રાણવાયુ (ઓક્સિજન) છૂટા પાડવામાં આવે છે. રાસાયણિક ઉપયોગોમાં બંનેનું પોતાનું આગવું મહત્વ છે. (તે જ વખતે પાણીનું પણ ઉત્પાદન કરવામાં આવે છે.)
  • એનોડાઇઝેશન એ વિદ્યુત વિચ્છેદન વિશ્લેષણની એક પ્રક્રિયા છે કે જે ધાતુઓની સપાટીને ધોવાઇ કે ખવાઇ જવાની સામે પ્રતિરોધકતા આપે છે. દા. ત. વહાણો પાણીમાંના પ્રાણવાયુના કારણે ખવાઇ ન જાય તે માટે તેમને આ પ્રક્રિયાથી બચાવવામાં આવે છે. સપાટીઓને શણગારવા માટે પણ આ પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.
  • બેટરી વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણની પ્રક્રિયાથી વિપરીત કામ કરે છે. હમ્ફ્રી ડેવીએ એમ નોંધ્યું હતું કે લિથિયમ ઇલેક્ટ્રિલાઇટ તરીકે કામ કરે છે અને તેના થકી વીજ ઊર્જાની પ્રાપ્તી થાય છે.(સંદર્ભ આપો)
  • અવકાશયાન અને અણુશક્તિથી ચાલનારી સબમરિન માટે ઉત્પાદિત કરવામાં આવતો પ્રાણવાયુ (ઓક્સિજન)
  • ઇલેક્ટ્રોપ્લેટિંગ એ ધાતુઓ ઉપર પડ ચડાવીને તેને મજબૂત બનાવવા માટે ઉપયોગમાં લેવામાં આવતી પ્રક્રિયા છે. ઘણા ઉદ્યોગોમાં ઇલેક્ટ્રોપ્લેટિંગનો ઉપયોગ સંચાલન અથવા શણગાર માટે કરવામાં કરવામાં આવે છે. મટા ભાગે તેનો ઉપયોગ વાહનો અને નિકલના સિક્કાઓનો શણગાર કરવા માટે થાય છે.
  • ઇંધણ માટે હાઇડ્રોજનનું ઉત્પાદન વીજ ઊર્જાના સસ્તા સ્રોતનો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવે છે.
  • સાધનો અને છરીની ધાતુની સપાટી ઉપર કાયમી છાપ ઉપસાવવા માટે વિદ્યુત વિચ્છેદન વિશ્લેષણનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.

જૂનાં વિમાનોની સાફસફાઇ અને તેની સાચવણી માટે પણ વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. આ પ્રક્રિયા ધાતુજન્ય તત્વોમાંથી બિનધાતુના તત્વોથી છૂટા પાડતી હોવાથી તે જૂના સિક્કા અને જૂના દસ્તાવેજોની સફાઇમાં પણ ખૂબ જ ઉપયોગી છે.

વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણના ઉકેલમાં અડધા પ્રતિભાવોની હરીફાઈ[ફેરફાર કરો]

નિષ્ક્રિય પ્લેટિનમના ઇલેક્ટ્રોડ્સ મારફતે કરવામાં આવતું કેટલાક મીઠું ધરાવતા પાણી યુક્ત પ્રવાહીનું વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ ધનાયનમાં પરિણમે છે (દા. ત. ઝિન્ક મીઠાં સાથે ધાતુનું મિશ્રણ કરવું) અને ઋણાયનનું ઓક્સિડાઇઝેશન (દા. ત. બ્રોમાઇનનો બ્રોમાઇડ સાથેનો ક્રમિક વિકાસ) જોકે કેટલીક ધાતુઓનાં મીઠાં સાથે (જેમ કે સોડિયમ) હાઇડ્રોજનનો ક્રમિક વિકાસ ઋણાગ્ર ઉપર થાય છે. અને ઋણાયન ધરાવતા મીઠાં (જેમ કે સલ્ફેટ) (SO42−))માં ઓક્સિજનનો ક્રમિક વિકાસ ધનધ્રુવ ઉપર થાય છે. બંને કિસ્સાઓમાં આમ થવાનું કારણ હાઇડ્રોજનમાંથી પાણી ઘટવાથી થાય છે. અથવા તો ઓક્સિજનમાંથી ઓક્સિડાઇઝ્ડ થવાને લીધે થાય છે. સિદ્ધાંતમાં મીઠાંના દ્રાવણના વિદ્યુત વિચ્છેદન વિશ્લેષણ માટે જરૂરી વીજળીનો જથ્થો સ્ટાન્ડર્ડ ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ ઉપરથી મેળવી શકાય છે. કે જે ધનાયન અને ઋણાયન ઉપર થતી પ્રતિક્રિયાઓ દ્વારા મેળવવામાં આવે છે. ઇલેક્ટ્રોડ્ઝ ઉપર થતી પ્રતિક્રિયા અને વીજ પ્રવાહ રહિતના ઇલેક્ટ્રોડ્ઝ માટે સ્ટાન્ડર્ડ ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ ગિબ્સ ફ્રી એનર્જી અને એજી સાથે સીધી રીતે સંકળાયેલ છે. સ્ટાન્ડર્ડ ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલથી ખેંચાઇ આવતા તત્વોનું કોષ્ટક નીચે મુજબ આપવામાં આવ્યું છે.

અડધી પ્રતિક્રિયા ઈ° (V) સંદર્ભઃ
Na[[]]+ + e ઢાંચો:Eqm Na(s ) -2.71 [૧]
Zn2+ + 2e ઢાંચો:Eqm Zn(s ) -0.7618 [૨]
2H+ + 2e ઢાંચો:Eqm H2(g ) ≡ 0
Br2(aq ) + 2e ઢાંચો:Eqm 2Br +1.0873 [૨]
O2(g ) + 4H+ + 4e ઢાંચો:Eqm 2H2O +1.23 [૧]
Cl2(g ) + 2e ઢાંચો:Eqm 2Cl +1.36 [૧]
S
2
O2–
8
+ 2e ઢાંચો:Eqm 2SO2−
4
+2.07 [૧]

વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણની પરિભાષામાં આ કોષ્ટકનું અર્થઘટન નીચે પ્રમાણે કરવું જોઇએ

  • ઓક્સિડાઇઝ્ડ કરવામાં આવેલા સમાન લક્ષણો ધરાવતા પદાર્થો (મોટા ભાગે ધનાયનો) કે જે કોષ્ટકમાં સૌથી ઉપરની બાજુએ આપવામાં આવેલા છે. તેમનું ઓક્સિડાઇઝેશન કરીને તેમને નીચા લાવવા કરતા તેમને ઘટાડવા ખૂબ જ અઘરા છે. દા. ત. ઝિન્ક આયનમાંથી ઝિન્ક ધાતુનો ઘટાડો કરવા કરતા સોડિયમ આયનમાંથી સોડિયમ ધાતુનો ઘટાડો કરવો મુશ્કેલીભર્યું છે.
  • ઘટાડો કરવામાં આવેલા સમાન ગુણધર્મ ધરાવતા પદાર્થો કે જે કોષ્ટકની નીચે આપવામાં આવેલા છે. સમાન ગુણધર્મો ધરાવતા પદાર્થોમાં ઘટાડો કરીને તેમને ઓક્સિડાઇઝ્ડ કરીને વધારવા તે ખૂબ જ કપરું કામ છે. દા. ત. બ્રોમાઇડ ઋણાયનોનું ઓક્સિડાઇઝેશન કરવા કરતા સલ્ફેટ ઋણાયનોનું ઓક્સિડાઇઝેશન કરવું અઘરું કામ છે.

નર્ન્સ્ટ ઇક્વેશનનો ઉપયોગ કરતાં ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલની ગણતરી આયનોની એકાગ્રતાની ગણતરી કરીને તાપમાન અને તેમાં સમાવિષ્ટ વીજાણુઓની ગણતરી કરીને કરી શકાય છે. પાણીનાં શુદ્ધિકરણ માટે (pH 7):

  • હાઇડ્રોજનનું ઉત્પાદન કરવા ઘટાડો કરવા માટેનું ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ −0.41 વી છે.
  • ઓક્સિડાઇઝેશન મારફતે ઓક્સિજનનું ઉત્પાદન કરવા માટેનું ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ +0.82 વી છે.

સરખામણીના આંકડાઓની ગણતરી પણ આ જ રીતે કરવામાં આવે છે. ઝિન્ક બ્રોમાઇડ માટે ઝેડએનબીઆર2, ઝિન્ક ધાતુમાં ઘટાડો કરીને બ્રોમાઇન કરવા માટે +1.10 વી ઉપરોક્ત આંકડાઓનો સાર એ છે કે પાણીના વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ મારફતે હાઇડ્રોજનનું ઉત્પાદન ઋણાગ્ર ઉપર થાય છે જ્યારે ઓક્સિજનનું ઉત્પાદન ધનધ્રુવ ઉપર થાય છે. ઘણા પ્રકારના પ્રયોગો ઉપરથી જાણવા મળ્યું છે કે ઝિન્ક ધાતુના ઓગળવાથી બ્રોમાઇનનું ઉત્પાદન થાય છે.[૩] નિવેદન એ છે કે ગણતરી કરવામાં આવેલાં પરિબળો થર્મોડાયનેમિક આધારિત પ્રતિક્રિયાઓનો જ સંકેત આપે છે. ખરા અર્થમાં ઘણા બધાં તત્વોની ગણતરી કરવામાં આવે છે. જેમ કે કોઈ પદાર્થની પ્રતિક્રિયામાં તેની ગતિનું પગથિયું સંકળાયેલું હોય તે બાબતને પણ ધ્યાનમાં લેવી જરૂરી બને છે. બધાં પરિબળો એકત્રિત થાય તેનો મતલબ એ છે કે ઘટાડા માટે અને પાણીના ઓક્સિડાઇઝેશન માટે જે અંદાજ લગાવવામાં આવ્યો હતો તેના કરતા વધારે સ્થિતિમાનની આવશ્યકતા છે. જેને વધારે પડતા સ્થિતિમાન તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. પ્રયોગો દ્વારા એ જાણવા મળ્યું છે કે વધારે પડતા સ્થિતિમાનો સેલની ડિઝાઇન ઉપર ઇલેક્ટ્રોડ્ઝની પ્રકૃતિ ઉપર આધાર રાખે છે.

તટસ્થ (pH 7) સોડિયમ ક્લોરાઇડનાં વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ માટે સોડિયમ આયનનો ઘટાડો કરવો એ થર્મોડાયનેમિક રીતે ખૂબ જ અઘરું કામ છે અને પાણીનો ઘટાડો થવાને કારણે તે દ્રાવણમાં હાઇડ્રોજન હાઇડ્રોક્સાઇડ આયન છોડીને જાય છે. ધનધ્રુવ ઉપર પાણીના ઓક્સિડેશન કરતા ક્લોરિનનું ઓક્સિડેશન જોવા મળે છે. કારણ કે ક્લોરાઇડથી ક્લોરિનનું ઓક્સિડાઇઝેશન કરવા માટે વધારે પડતા સ્થિતિમાનોનું પ્રમાણ પાણીમાંથી ઓક્સિજનનું ઓક્સિડાઇઝેશન કરવા માટે કરવામાં આવતા વધારે પડતા સ્થિતિમાન કરતાં ઓછું હોય છે. હાઇડ્રોક્સાઇડ આયન અને ઓગાળવામાં આવેલો ક્લોરિન ગેસ આગળ પ્રતિક્રિયા કરીને હિપોક્લોરસ એસિડનું નિર્માણ કરે છે. આ પ્રક્રિયામાંથી બનતાં પાણી યુક્ત દ્રાવણોને ઇલેક્ટ્રોલાઇઝ્ડ વોટર તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. જેનો ઉપયોગ જંતુનાશક પદાર્થો અને સફાઇનાં દ્રાવણ તરીકે કરવામાં આવે છે.

પાણીનું વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ[ફેરફાર કરો]

પાણીના વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણનો એક મહત્વનો ઉપયોગ હાઇડ્રોજનનું ઉત્પાદન કરવા માટે થાય છે.

2 H2O(l) → 2 H2(g) + O2(g); E0 = +1.229 V

હાઇડ્રોજનનો ઉપયોગ ઈંધણ તરીકે અથવા તો પછી બળતણ કે હાઇડ્રોજન ઇંધણ સેલ્સ મારફતે ઇલેક્ટ્રીક મોટરને બળતણ આપીને આંતરિક એન્જિનનું સંચાલન કરવા માટે કરવામાં આવે છે. (જુઓ હાઇડ્રોજન વાહન ) હાલમાં વિશ્વના દેશો હાઇડ્રોકાર્બન આધારિત ઊર્જા ઉપર નભે છે તેમને પોતાનો દૃષ્ટકોણ બદલીને હાઇડ્રોજન આધારિત ઇંધણ ચલાવવા માટે સૂચન આપવામાં આવ્યું છે. (જુઓ હાઇડ્રોજન અર્થતંત્ર )

પાણીનાં વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણની ઊર્જા ક્ષમતા ખૂબ જ અલગ હોય છે. ક્ષમતાનું માપન હાઇડ્રોજન સહિતનો વીજ ઊર્જાનો જથ્થો કેટલો ઉપયોગમાં લેવામાં આવ્યો છે તેના આધારે કરવામાં આવે છે. કેટલીક વીજ ઊર્જાને ગરમીમાં તબદિલ કરવામાં આવે છે જે ઉપયોગ વિનાની ગૌણપેદાશ બની જાય છે. કેટલાક અહેવાલો 50%થી 70%ની ક્ષમતા બતાવે છે. [૧] આ ક્ષમતા હાઇડ્રોજનની નીચી ગરમીને આધારિત હોય છે. હાઇડ્રોજનની નીચી ગરમીનું મૂલ્ય જ્યારે હાઇડ્રોજન બળીને નકારાત્મક સંપૂર્ણ થર્મલ ઊર્જા છોડે છે ત્યારે પાણીની વરાણ ગુપ્ત રીતે ગરમીનું સર્જન કરે તેને ગણવામાં આવે છે. જોકે આ હાઇડ્રોજનમાં રહેલી ઊર્જાનો કુલ જથ્થો નથી. તેથી ક્ષમતા એ ખૂબ જ કડક વ્યાખ્યા કરતા ઓછી હોય છે. અન્ય અહેવાલોમાં સિદ્ધાંતોને ટાંકતા જણાવવામાં આવ્યું છે કે વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણની વધુમાં વધુ ક્ષમતા 80%થી 94%ની વચ્ચે રહેલી છે. [૨]. સિદ્ધાંતોમાં વધુમાં વધુ એટલે હાઇડ્રોજન અને ઓક્સિજન દ્વારા શોષવામાં આવેલી કુલ ઊર્જાના જથ્થાને ગણવામાં આવે છે. આ મૂલ્યમાંથી માત્ર વીજ ઊર્જામાંથી હાઇડ્રોજનની રસાયણ ઊર્જામાં તબદિલ થનારી ક્ષમતાના આંકડાઓ જ મળે છે. વીજળીનાં ઉત્પાદન માટે ગુમાવવામાં આવતી ઊર્જાને ગણવામાં આવતી નથી. દા. ત. વિદ્યુત મથકની વાત કરવામાં આવે તો તેમાં વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ મારફતે અણુ હાઇડ્રોજન સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને ઊર્જાને તબદિલ કરવામાં આવે છે. જેમાં કુલ ક્ષમતા 25%થી 40%ની હોય છે. [૩]

એનઆરઈએલે નોંધ્યું હતું કે એક કિલોગ્રામ જેટલા હાઇડ્રોજન (અંદાજે એક ગેલન ગેસોલિન બરાબર)નું ઉત્પાદન પવન ઊર્જાના વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ મારફતે થઈ શકે છે. જેની કિંમત ટૂંકાગાળા માટે 5.55 ડોલર અને લાંબાગાળા માટે 2.27 ડોલરની થશે.[૪]

વિશ્વભરમાં ઉત્પાદિત થતા હાઇડ્રોજન ગેસ પૈકી ચાર ટકા જેટલો હાઇડ્રોજન વિદ્યુત વિચ્છેદન- વિશ્લેષણ મારફતે કરવામાં આવે છે. અને સામાન્યતઃ તેનો ઉપયોગ સ્થળ ઉપર જ કરી નાખવામાં આવે છે. હાઇડ્રોજનનો ઉપયોગ ખાતર માટે જરૂરી એમોનિયા બનાવવા માટે કરવામાં આવે છે. આ પ્રક્રિયા હેબર પ્રક્રિયા મારફતે કરવામાં આવે છે. તેમજ ભારે પેટ્રોલિયમ સ્રોતોને નાના અંશોમાં તબદિલ કરવા માટે કરવામાં આવે છે જેને હાઇડ્રોક્રેકિંગ કહેવામાં આવે છે.

પ્રયોગકારો[ફેરફાર કરો]

વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણનાં વૈજ્ઞાનિક સંશોધકોમાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છે:

બેટરીના સંશોધકો:

તાજેતરમાં જ ભારે પાણીનું વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ ફ્લેઇશમાન અને પોન્સ દ્વારા તેમનાં બહુચર્ચિત પ્રયોગમાં કરવામાં આવ્યું છે. આ પ્રયોદનાં પરિણામે અનિયમિત ઊર્જાનું નિર્માણ થયું અને શીત ગલનના દાવાને નામોશી લાગી હતી.

આ પણ જોશો[ફેરફાર કરો]

સંદર્ભો[ફેરફાર કરો]

  1. ૧.૦ ૧.૧ ૧.૨ ૧.૩ પિટર એટકિન્સ (1997). ફિઝિકલ કેમિસ્ટ્રી , 6ઠ્ઠી આવૃત્તિ (ડબલ્યૂ.એચ. ફ્રીમાન એન્ડ કંપની, ન્યૂ યોર્ક).
  2. ૨.૦ ૨.૧ વેનિસેક, પિટર (2007). “ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ સિરિઝ”, હેન્ડબુક ઓફ કેમિસ્ટ્રી એન્ડ ફિઝિક્સ: 88<એસયુપી>ટીએચ</એસયુપી> આવૃત્તિ (કેમિકલ રબર કંપની).
  3. એ.ઈ. વોગેલ, 1951, અ ટેક્સ્ટબુક ઓફ ક્વોન્ટિટેટિવ ઇનઓર્ગેનિક એનાલિસિસ, લોન્ગમેન્સ, ગ્રીન એન્ડ કંપની
  4. Levene, J. (March 2006). "Wind Energy and Production of Hydrogen and Electricity - Opportunities for Renewable Hydrogen - Preprint" (PDF). National Renewable Energy Laboratory. Retrieved 2008-10-20.  Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help)