વીજાપેક્ષા કૅલ્ક્યુલેટર - દ્રવ્ય જમાવટ (ફેરાડે નિયમ)

વિદ્યુતવિભાજન ગણક શું છે?

વિદ્યુતવિભાજન દરમિયાન ઇલેક્ટ્રોડ પર જમા થતી અથવા ઓગળતી ધાતુનું દળ વિદ્યુતવિભાજન ગણક શોધે છે. વિદ્યુતવિભાજન એવી પ્રક્રિયા છે જેમાં વિદ્યુતપ્રવાહનો ઉપયોગ કરીને સ્વયં ન થતી રાસાયણિક પ્રક્રિયા કરાવવામાં આવે છે. ગણક પસંદ કરેલી ધાતુના વિદ્યુતપ્રવાહ, સમય અને ગુણધર્મોનો ઉપયોગ કરીને વિદ્યુતવિભાજનનો ફેરાડેનો નિયમ લાગુ કરે છે.

વિદ્યુતવિભાજનનું દળ કેવી રીતે ગણવું: ફેરાડેના નિયમનું સૂત્ર

ફેરાડેના નિયમ મુજબ, ઇલેક્ટ્રોડ પર ઉત્પન્ન થતા પદાર્થનું દળ તેમાંથી પસાર થતા વિદ્યુતભારના જથ્થાના પ્રમાણમાં હોય છે. વિદ્યુતભાર વિદ્યુતપ્રવાહ અને સમયના ગુણાકાર જેટલો હોય છે, તેથી સૂત્ર સામાન્ય રીતે આ રીતે લખાય છે:

$m = \frac{I \times t \times M}{z \times F}$

• m — ઉત્પન્ન અથવા ઓગળેલા પદાર્થનું દળ, ગ્રામમાં
• I — વિદ્યુતપ્રવાહ, એમ્પિયરમાં (A)
• t — સમય, સેકન્ડમાં (s)
• M — પદાર્થનું મોલર દળ, ગ્રામ પ્રતિ મોલમાં (g/mol)
• z — સંયોજકતા, પ્રતિ આયન સ્થાનાંતરિત થતા ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા
• F — ફેરાડે અચળાંક, 96,485 કુલૉમ પ્રતિ મોલ (C/mol)

ફેરાડે અચળાંકનું નામ અંગ્રેજ વૈજ્ઞાનિક માઇકલ ફેરાડે પરથી પડ્યું છે. તે એક મોલ ઇલેક્ટ્રોન દ્વારા વહન થતો વિદ્યુતભાર છે.

સંયોજકતા શા માટે મહત્વની છે

સંયોજકતા આયનના વિદ્યુતભાર પર આધાર રાખે છે. તાંબાના આયન Cu²⁺ને તાંબાનો પરમાણુ બનવા માટે બે ઇલેક્ટ્રોન જોઈએ, તેથી તેની સંયોજકતા 2 છે. ચાંદીના આયન Ag⁺ને માત્ર એક ઇલેક્ટ્રોન જોઈએ, તેથી તેની સંયોજકતા 1 છે. સોનાના આયન Au³⁺ને ત્રણ ઇલેક્ટ્રોન જોઈએ, તેથી તેની સંયોજકતા 3 છે. વધુ સંયોજકતા એટલે દરેક પરમાણુ માટે વધુ ઇલેક્ટ્રોન જરૂરી, તેથી સમાન વિદ્યુતભાર માટે ઓછું દળ જમા થાય છે.

સામાન્ય ધાતુઓનું મોલર દળ અને સંયોજકતા

ઉદાહરણ સાથે ગણતરી

1 એમ્પિયરનો વિદ્યુતપ્રવાહ 1 કલાક સુધી કૉપર સલ્ફેટના દ્રાવણમાંથી પસાર થાય છે (3,600 સેકન્ડ). કેથોડ પર કેટલું તાંબું જમા થશે, જ્યાં અપચય થાય છે તે ઇલેક્ટ્રોડ પર?

• I = 1 A
• t = 3,600 s
• M = 63.55 g/mol (તાંબું)
• z = 2 (Cu²⁺)
• F = 96,485 C/mol

$m = \frac{1 \times 3600 \times 63.55}{2 \times 96485} = \frac{228780}{192970} \approx 1.18557 \text{ g}$

આશરે 1.19 ગ્રામ તાંબું જમા થાય છે.

બીજું ઉદાહરણ: 2 એમ્પિયરનો વિદ્યુતપ્રવાહ 10 મિનિટ (600 સેકન્ડ) સુધી સિલ્વર નાઇટ્રેટના દ્રાવણમાંથી પસાર થાય છે. ચાંદીનું મોલર દળ 107.87 g/mol અને સંયોજકતા 1 છે.

$m = \frac{2 \times 600 \times 107.87}{1 \times 96485} \approx 1.34160 \text{ g}$

આશરે 1.34 ગ્રામ ચાંદી જમા થાય છે, જે તાંબાના ઉદાહરણ કરતાં વધુ છે; તેનું મુખ્ય કારણ ચાંદીની ઓછી સંયોજકતા છે.

ગણકનો ઉપયોગ કેવી રીતે કરવો

વિદ્યુતપ્રવાહ એમ્પિયરમાં અને સમય સેકન્ડમાં દાખલ કરો, પછી યાદીમાંથી ધાતુ પસંદ કરો. પરિણામ આપમેળે અપડેટ થાય છે. સમયના સામાન્ય રૂપાંતરણો: 1 મિનિટ = 60 સેકન્ડ, 1 કલાક = 3,600 સેકન્ડ, 1 દિવસ = 86,400 સેકન્ડ.

વિદ્યુતવિભાજનના ઉપયોગો

ઇલેક્ટ્રોપ્લેટિંગમાં એક ધાતુ પર બીજી ધાતુનું પાતળું પડ ચઢાવવામાં આવે છે, જેમ કે દાગીનાં પર સોનું અથવા કાટથી બચાવવા સ્ટીલના ભાગો પર નિકલ. ધાતુ શુદ્ધિકરણમાં ધાતુઓને શુદ્ધ કરવા વિદ્યુતવિભાજનનો ઉપયોગ થાય છે; આ રીતે શુદ્ધ કરેલું તાંબું 99.9% કરતાં વધુ શુદ્ધતા મેળવી શકે છે. ઇલેક્ટ્રોવિનિંગમાં કચડાયેલા અયસ્કમાંથી બનેલા દ્રાવણમાંથી જસત જેવી ધાતુઓ મેળવવામાં આવે છે. એલ્યુમિનિયમ પણ આ જ રીતે બનાવાય છે, પરંતુ પાણીના બદલે પીગળેલા ક્ષારના સ્નાનમાં ઓગાળેલા એલ્યુમિના વડે. પાણીનું વિદ્યુતવિભાજન પાણીને હાઇડ્રોજન અને ઑક્સિજન વાયુમાં વિભાજિત કરે છે; હાઇડ્રોજન ઇંધણ ઉત્પન્ન કરવા માટે આ પદ્ધતિનો ઉપયોગ થાય છે.

ફેરાડેનો નિયમ સૈદ્ધાંતિક મહત્તમ દળ આપે છે. વાસ્તવિક પ્રક્રિયાઓમાં સામાન્ય રીતે થોડું ઓછું દળ જમા થાય છે, કારણ કે અમુક વિદ્યુતપ્રવાહ મુખ્ય પ્રક્રિયાને બદલે ઉપપ્રક્રિયાઓ ચલાવે છે. આ ગુણોત્તરને વિદ્યુતપ્રવાહ કાર્યક્ષમતા કહેવામાં આવે છે અને ઔદ્યોગિક પ્લેટિંગમાં તે સામાન્ય રીતે 90–98% હોય છે.

ફેરાડેના નિયમનો ઇતિહાસ

1800માં એલેસાન્ડ્રો વોલ્ટાએ પ્રથમ બેટરી બનાવી, જેના કારણે વૈજ્ઞાનિકોને પ્રથમ વખત વિદ્યુતપ્રવાહનો સ્થિર સ્ત્રોત મળ્યો. એ જ વર્ષે વિલિયમ નિકોલ્સન અને એન્થની કાર્લાઇલે તેનો ઉપયોગ કરીને પાણીને હાઇડ્રોજન અને ઑક્સિજનમાં વિભાજિત કર્યું; તે વિદ્યુતવિભાજનનું પ્રારંભિક નિદર્શન હતું. 1807 અને 1808 વચ્ચે હમ્ફ્રી ડેવીએ વિદ્યુતવિભાજનનો ઉપયોગ કરીને પોટેશિયમ અને સોડિયમ સહિત અનેક તત્ત્વોને અલગ કર્યા.

ડેવીના સહાયક તરીકે કામ કરી ચૂકેલા માઇકલ ફેરાડેએ 1830ના દાયકાની શરૂઆતમાં વિદ્યુતવિભાજન પર સાવધાનીપૂર્વક પ્રયોગો કર્યા. 1832 અને 1834માં તેમણે વિદ્યુતભાર અને ઉત્પન્ન પદાર્થના દળ વચ્ચેના ચોક્કસ સંબંધનું વર્ણન કરતા બે નિયમો પ્રકાશિત કર્યા. તેમણે ઇલેક્ટ્રોડ, એનોડ, કેથોડ અને આયન જેવા શબ્દો પણ રજૂ કર્યા, જે આજે પણ રસાયણશાસ્ત્રમાં વપરાય છે.

વારંવાર પૂછાતા પ્રશ્નો

વિદ્યુતવિભાજન દરમિયાન જમા થયેલું દળ કેવી રીતે ગણવામાં આવે છે? કુલ વિદ્યુતભાર મેળવવા માટે વિદ્યુતપ્રવાહને સમયથી ગુણો, તેને પદાર્થના મોલર દળથી ગુણો, પછી સંયોજકતા અને ફેરાડે અચળાંકના ગુણાકારથી ભાગો: m = (I × t × M) / (z × F).

ફેરાડે અચળાંક શું છે? તે એક મોલ ઇલેક્ટ્રોન દ્વારા વહન થતો વિદ્યુતભાર છે, જે આશરે 96,485 કુલૉમ પ્રતિ મોલ છે.

એનોડ અને કેથોડ વચ્ચે શું તફાવત છે? એનોડ એ ઇલેક્ટ્રોડ છે જ્યાં ઑક્સિડેશન થાય છે અને ઇલેક્ટ્રોન ગુમાય છે. કેથોડ એ ઇલેક્ટ્રોડ છે જ્યાં અપચય થાય છે અને ઇલેક્ટ્રોન પ્રાપ્ત થાય છે. જ્યારે દ્રાવણમાંથી ધાતુ જમા થાય છે, ત્યારે તે કેથોડ પર બને છે.

શું તાપમાન ગણતરીના પરિણામને અસર કરે છે? તાપમાન ફેરાડેના નિયમમાં આવતું નથી, તેથી તે ગણતરી કરેલા દળમાં ફેરફાર કરતું નથી. તે પ્રક્રિયાની વાસ્તવિક કાર્યક્ષમતાને અસર કરી શકે છે, કારણ કે વધુ તાપમાન ઘણી વખત ઉપપ્રક્રિયાઓને ઝડપી બનાવે છે.

આ ગણક કઈ ધાતુઓને આધાર આપે છે? તાંબું, ચાંદી, સોનું, જસત, નિકલ, લોખંડ અને એલ્યુમિનિયમ—દરેકનું પ્રમાણભૂત મોલર દળ અને સંયોજકતા તેમાં સમાવિષ્ટ છે. અન્ય કોઈ ધાતુ માટે પણ મોલર દળ અને સંયોજકતા જાણીતી હોય તો આ જ સૂત્ર કામ કરે છે.

વાસ્તવિક જમા થયેલું દળ ગણતરી કરેલા મૂલ્યથી કેમ અલગ હોઈ શકે? ફેરાડેનો નિયમ ધારે છે કે સમગ્ર વિદ્યુતપ્રવાહ મુખ્ય પ્રક્રિયામાં જાય છે. વાસ્તવમાં, અમુક વિદ્યુતપ્રવાહ ઉપપ્રક્રિયાઓ અથવા પ્રતિરોધને કારણે વેડફાય છે, તેથી વાસ્તવિક જમા થયેલું દળ સામાન્ય રીતે ગણતરી કરેલા મૂલ્ય કરતાં થોડું ઓછું હોય છે. વાસ્તવિક અને સૈદ્ધાંતિક દળના ગુણોત્તરને વિદ્યુતપ્રવાહ કાર્યક્ષમતા કહેવામાં આવે છે.

સંદર્ભો

1. ફેરાડે, M. (1834). "વિદ્યુત પર પ્રાયોગિક સંશોધનો. સાતમી શ્રેણી." લંડનની રોયલ સોસાયટીના ફિલોસોફિકલ ટ્રાન્ઝેક્શન્સ, 124, 77–122.
2. બાર્ડ, A. J., અને ફોકનર, L. R. (2000). વિદ્યુત-રાસાયણિક પદ્ધતિઓ: મૂળભૂત સિદ્ધાંતો અને ઉપયોગો (2જી આવૃત્તિ). જ્હોન વિલી એન્ડ સન્સ.
3. એટકિન્સ, P., અને દ પાઉલા, J. (2014). એટકિન્સનું ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્ર (10મી આવૃત્તિ). ઑક્સફર્ડ યુનિવર્સિટી પ્રેસ.