الیکٹرولیسس کیا ہے اس سوال کو اسکول فزکس کورس میں سمجھا جاتا ہے، اور زیادہ تر لوگوں کے لیے یہ کوئی راز نہیں ہے۔ دوسری چیز اس کی اہمیت اور عملی اطلاق ہے۔ یہ عمل مختلف صنعتوں میں بڑے فائدے کے ساتھ استعمال ہوتا ہے اور گھریلو کاریگر کے لیے مفید ثابت ہو سکتا ہے۔
مواد
الیکٹرولیسس کیا ہے؟
الیکٹرولیسس الیکٹروڈ اور الیکٹرولائٹ کے نظام میں مخصوص عمل کا ایک پیچیدہ ہے جب اس کے ذریعے براہ راست برقی رو بہہ جاتا ہے۔ اس کا طریقہ کار آئنک کرنٹ کی موجودگی پر مبنی ہے۔ الیکٹرولائٹ ایک قسم 2 کنڈکٹر ہے (آئنک چالکتا) جس میں الیکٹرولائٹک انحطاط واقع ہوتا ہے۔ یہ مثبت کے ساتھ آئنوں میں گلنے سے منسلک ہےکیشن) اور منفی (anion) چارج.
الیکٹرولیسس سسٹم میں لازمی طور پر ایک مثبت (اینوڈ) اور منفی (کیتھوڈ) الیکٹروڈ۔ جب براہ راست برقی رو لگائی جاتی ہے، تو کیشنز کیتھوڈ کی طرف بڑھنا شروع ہو جاتے ہیں، اور anions - انوڈ کی طرف۔ کیشنز بنیادی طور پر دھاتی آئن اور ہائیڈروجن ہیں، اور ایونز آکسیجن، کلورین ہیں۔ کیتھوڈ پر، کیشنز اضافی الیکٹران اپنے ساتھ جوڑتی ہیں، جو کہ کمی کے رد عمل کی موجودگی کو یقینی بناتی ہے Men++ ne → Me (جہاں n دھات کی توازن ہے۔)۔ انوڈ پر، اس کے برعکس، ایک الیکٹران کو anion سے عطیہ کیا جاتا ہے جس میں آکسیڈیٹیو رد عمل ہوتا ہے۔
اس طرح، نظام میں ایک ریڈوکس عمل فراہم کیا جاتا ہے. اس بات پر غور کرنا ضروری ہے کہ اس کے بہاؤ کے لیے مناسب توانائی کی ضرورت ہے۔ اسے کسی بیرونی موجودہ ذریعہ سے فراہم کیا جانا چاہیے۔
فیراڈے کے الیکٹرولیسس کے قوانین
عظیم طبیعیات دان ایم فیراڈے نے اپنی تحقیق سے نہ صرف برقی تجزیہ کی نوعیت کو سمجھنا بلکہ اس کے نفاذ کے لیے ضروری حساب کتاب کرنا بھی ممکن بنایا۔ 1832 میں، اس کے قوانین نمودار ہوئے، جو جاری عمل کے اہم پیرامیٹرز کو جوڑتے تھے۔
پہلا قانون
فیراڈے کا پہلا قانون یہ بتاتا ہے کہ انوڈ پر کم ہونے والے مادے کی کمیت الیکٹرولائٹ میں شامل برقی چارج کے براہ راست متناسب ہے: m = kq = k*I*t، جہاں q چارج ہے، k عددی یا الیکٹرو کیمیکل مساوی ہے۔ مادہ کا، I الیکٹرولائٹ کے ذریعے بہنے والے کرنٹ کی طاقت ہے، ٹی موجودہ گزرنے کا وقت ہے۔
دوسرا قانون
فیراڈے کے دوسرے قانون نے تناسب k کے عدد کا تعین کرنا ممکن بنایا۔ یہ اس طرح لگتا ہے: کسی بھی مادے کا الیکٹرو کیمیکل مساوی اس کے داڑھ کے بڑے پیمانے پر براہ راست متناسب ہے اور توازن کے الٹا متناسب ہے۔ قانون کا اظہار اس طرح کیا گیا ہے:
k = 1/F*A/z، جہاں F فیراڈے مستقل ہے، A مادہ کا داڑھ ماس ہے، z اس کی کیمیائی توازن ہے۔
دونوں قوانین کو مدنظر رکھتے ہوئے، مادہ کے الیکٹروڈ پر جمع شدہ ماس کا حساب لگانے کے لیے حتمی فارمولہ اخذ کرنا ممکن ہے: m = A*I*t/(n*F)، جہاں n الیکٹرولیسز میں شامل الیکٹرانوں کی تعداد ہے۔ عام طور پر n آئن کے چارج سے مطابقت رکھتا ہے۔ عملی نقطہ نظر سے، مادہ کے بڑے پیمانے پر اور لاگو کرنٹ کے درمیان تعلق اہم ہے، جو اس کی طاقت کو تبدیل کرکے عمل کو کنٹرول کرنا ممکن بناتا ہے۔
پگھل electrolysis
الیکٹرولیسس کے اختیارات میں سے ایک الیکٹرولائٹ کے طور پر پگھلنے کا استعمال ہے۔ اس صورت میں، صرف پگھلنے والے آئن ہی الیکٹرولیسس کے عمل میں حصہ لیتے ہیں۔ ایک بہترین مثال پگھلے ہوئے نمک کا برقی تجزیہ ہے NaCl (نمک)۔ منفی آئن انوڈ کی طرف بڑھتے ہیں، جس کا مطلب ہے کہ گیس خارج ہوتی ہے (کل)۔ کیتھوڈ پر دھاتی کمی واقع ہوگی، یعنی خالص Na کا جمع مثبت آئنوں سے بنتا ہے جس نے اضافی الیکٹرانوں کو اپنی طرف متوجہ کیا ہے۔ دوسری دھاتیں بھی اسی طرح حاصل کی جا سکتی ہیں (K، Ca، Li، وغیرہ) متعلقہ نمکیات کے قتل عام سے۔
پگھلنے میں الیکٹرولائسز کے دوران، الیکٹروڈ تحلیل نہیں ہوتے ہیں، لیکن صرف ایک موجودہ ذریعہ کے طور پر حصہ لیتے ہیں. ان کی تیاری میں، آپ دھات، گریفائٹ، کچھ سیمی کنڈکٹر استعمال کر سکتے ہیں. یہ ضروری ہے کہ مواد میں کافی چالکتا ہو۔ سب سے زیادہ عام مواد میں سے ایک تانبا ہے.
حل میں الیکٹرولیسس کی خصوصیات
ایک آبی محلول میں الیکٹرولیسس پگھلنے سے نمایاں طور پر مختلف ہوتا ہے۔ یہاں تین مسابقتی عمل ہوتے ہیں: آکسیجن کے ارتقاء کے ساتھ پانی کا آکسیکرن، اینون آکسیکرن، اور دھات کی انوڈک تحلیل۔ پانی کے آئن، الیکٹرولائٹ اور انوڈ اس عمل میں شامل ہیں۔اس کے مطابق، کیتھوڈ میں ہائیڈروجن، الیکٹرولائٹ کیشنز، اور اینوڈ میٹل کی کمی واقع ہوسکتی ہے۔
ان مسابقتی عمل کے ہونے کا امکان نظام کی برقی صلاحیتوں کی وسعت پر منحصر ہے۔ صرف وہی عمل آگے بڑھے گا جس میں کم بیرونی توانائی کی ضرورت ہوتی ہے۔ نتیجتاً، کیتھوڈ پر زیادہ سے زیادہ الیکٹروڈ پوٹینشل والے کیشنز کم ہو جائیں گے، اور سب سے کم پوٹینشل والے اینونز کو انوڈ پر آکسائڈائز کیا جائے گا۔ ہائیڈروجن کے الیکٹروڈ پوٹینشل کو "0" کے طور پر لیا جاتا ہے۔ مثال کے طور پر، پوٹاشیم کے لیے یہ ہے (-2.93V)، سوڈیم - (-2.71Vلیڈ (-0.13Vجبکہ چاندی کے پاس (+0.8 V).
گیسوں میں الیکٹرولیسس
گیس صرف ionizer کی موجودگی میں ہی الیکٹرولائٹ کا کردار ادا کر سکتی ہے۔ اس صورت میں، آئنائزڈ میڈیم سے گزرنے والا کرنٹ الیکٹروڈز پر ضروری عمل کا سبب بنتا ہے۔ تاہم، فیراڈے کے قوانین گیس الیکٹرولیسس پر لاگو نہیں ہوتے ہیں۔ اس کے نفاذ کے لیے درج ذیل شرائط ضروری ہیں۔
- گیس کے مصنوعی آئنائزیشن کے بغیر، نہ تو ہائی وولٹیج اور نہ ہی زیادہ کرنٹ مدد کرے گا۔
- صرف وہ تیزاب جن میں آکسیجن نہیں ہوتی اور وہ گیسی حالت میں ہوتے ہیں اور کچھ گیسیں برقی تجزیہ کے لیے موزوں ہوتی ہیں۔
اہم! جب ضروری شرائط پوری ہوجاتی ہیں، تو یہ عمل مائع الیکٹرولائٹ میں الیکٹرولیسس کی طرح آگے بڑھتا ہے۔
کیتھوڈ اور انوڈ پر ہونے والے عمل کی خصوصیات
برقی تجزیہ کے عملی اطلاق کے لیے، یہ سمجھنا ضروری ہے کہ جب برقی رو لگائی جاتی ہے تو دونوں الیکٹروڈز پر کیا ہوتا ہے۔ عام عمل ہیں:
- کیتھوڈ۔ مثبت چارج شدہ آئن اس کی طرف بڑھتے ہیں۔ یہاں، دھاتوں کی کمی یا ہائیڈروجن کا ارتقاء ہوتا ہے۔ کیشنک سرگرمی کے مطابق دھاتوں کی کئی قسمیں ہیں۔دھاتیں جیسے Li, K, Ba, St, Ca, Na, Mg, Be, Al صرف پگھلے ہوئے نمکیات سے اچھی طرح سے کم ہوتی ہیں۔ اگر کوئی محلول استعمال کیا جائے تو پانی کے برقی تجزیہ کی وجہ سے ہائیڈروجن خارج ہوتی ہے۔ حل میں کمی کو حاصل کرنا ممکن ہے، لیکن کیشنز کی کافی ارتکاز کے ساتھ، درج ذیل دھاتوں کے لیے - Mn, Cr, Zn, Fe, Cd, Ni, Ti, Co, Mo, Sn, Pb۔ یہ عمل Ag, Cu, Bi, Pt, Au, Hg کے لیے بہت آسانی سے آگے بڑھتا ہے۔
- انوڈ منفی چارج شدہ آئن اس الیکٹروڈ میں داخل ہوتے ہیں۔ آکسائڈائزڈ، وہ دھات سے الیکٹران لیتے ہیں، جو ان کے انوڈک تحلیل کی طرف جاتا ہے، یعنی مثبت چارج شدہ آئنوں میں منتقلی، جو کیتھوڈ کو بھیجے جاتے ہیں۔ anions کو بھی ان کی سرگرمی کے مطابق درجہ بندی کیا جاتا ہے۔ ایسے anions PO4, CO3, SO4, NO3, NO2, ClO4, F صرف پگھلنے سے خارج ہو سکتے ہیں، پانی کے محلول میں، یہ وہ نہیں ہیں جو الیکٹرولیسس سے گزرتے ہیں، بلکہ آکسیجن کے اخراج کے ساتھ پانی۔ Anions جیسے OH, Cl, I, S, Br سب سے زیادہ آسانی سے رد عمل ظاہر کرتے ہیں۔
الیکٹرولیسس کو یقینی بناتے وقت، الیکٹروڈ مواد کے آکسائڈائز ہونے کے رجحان کو مدنظر رکھنا ضروری ہے۔ اس سلسلے میں، غیر فعال اور فعال انوڈس باہر کھڑے ہیں. غیر فعال الیکٹروڈ گریفائٹ، کاربن یا پلاٹینم سے بنے ہوتے ہیں اور آئنوں کی فراہمی میں حصہ نہیں لیتے۔
الیکٹرولیسس کے عمل کو متاثر کرنے والے عوامل
الیکٹرولیسس کا عمل درج ذیل عوامل پر منحصر ہے:
- الیکٹرولائٹ کی ترکیب. مختلف نجاستوں کا نمایاں اثر ہوتا ہے۔ انہیں 3 اقسام میں تقسیم کیا گیا ہے - کیشنز، اینونس اور آرگینکس۔ مادہ بنیادی دھات سے کم یا زیادہ منفی ہو سکتا ہے، جو عمل میں مداخلت کرتا ہے۔ نامیاتی نجاستوں میں، آلودگی (مثلاً تیل) اور سرفیکٹینٹس نمایاں ہیں۔ ان کے ارتکاز میں زیادہ سے زیادہ قابل اجازت اقدار ہیں۔
- موجودہ کثافت. فیراڈے کے قوانین کے مطابق، جمع شدہ مادہ کی کمیت موجودہ طاقت میں اضافہ کے ساتھ بڑھتی ہے۔ تاہم، ناموافق حالات پیدا ہوتے ہیں - مرتکز پولرائزیشن، وولٹیج میں اضافہ، الیکٹرولائٹ کی شدید حرارت۔ اس بات کو ذہن میں رکھتے ہوئے، ہر مخصوص کیس کے لیے موجودہ کثافت کی بہترین اقدار ہیں۔
- الیکٹرولائٹ پی ایچ. ماحول کی تیزابیت کو بھی دھاتوں کو مدنظر رکھتے ہوئے منتخب کیا جاتا ہے۔ مثال کے طور پر، زنک کے لیے الیکٹرولائٹ تیزابیت کی بہترین قیمت 140 g/cu.dm ہے۔
- الیکٹرولائٹ درجہ حرارت. اس کا ایک مبہم اثر ہے۔ درجہ حرارت میں اضافے کے ساتھ، برقی تجزیہ کی شرح بڑھ جاتی ہے، لیکن نجاست کی سرگرمی بھی بڑھ جاتی ہے۔ ہر عمل کے لیے ایک بہترین درجہ حرارت ہوتا ہے۔ عام طور پر یہ 38-45 ڈگری کی حد میں ہے.
اہم! مختلف اثرات اور الیکٹرولائٹ کمپوزیشن کے انتخاب سے الیکٹرولیسس کو تیز یا سست کیا جا سکتا ہے۔ ہر درخواست کا اپنا ایک طریقہ ہے، جس کا سختی سے مشاہدہ کیا جانا چاہیے۔
الیکٹرولیسس کہاں استعمال کیا جاتا ہے؟
الیکٹرولیسس بہت سے علاقوں میں استعمال کیا جاتا ہے. عملی نتائج حاصل کرنے کے لیے استعمال کے کئی اہم شعبے ہیں۔
الیکٹروپلاٹنگ
دھات کی ایک پتلی، پائیدار چڑھانا الیکٹرولیسس کے ذریعے لگائی جا سکتی ہے۔ لیپت کی جانے والی مصنوعات کو غسل میں کیتھوڈ کی شکل میں نصب کیا جاتا ہے، اور الیکٹرولائٹ میں مطلوبہ دھات کا نمک ہوتا ہے۔ لہذا آپ اسٹیل کو زنک، کرومیم یا ٹن سے ڈھانپ سکتے ہیں۔
الیکٹرو ریفائننگ - تانبے کو صاف کرنا
برقی صفائی کی ایک مثال درج ذیل اختیار ہو سکتی ہے: کیتھوڈ - خالص تانبا اینوڈ - نجاست کے ساتھ تانبا، الیکٹرولائٹ - تانبے سلفیٹ کا ایک آبی محلول۔ انوڈ سے تانبا آئنوں میں جاتا ہے اور بغیر کسی نجاست کے پہلے ہی کیتھوڈ میں بس جاتا ہے۔
دھات کی کان کنی
نمکیات سے دھاتیں حاصل کرنے کے لیے، انہیں پگھلنے میں منتقل کیا جاتا ہے، اور پھر اس میں الیکٹرولیسس فراہم کیا جاتا ہے۔ اس طرح کا طریقہ باکسائٹس، سوڈیم اور پوٹاشیم سے ایلومینیم حاصل کرنے کے لیے کافی موثر ہے۔
انوڈائزنگ
اس عمل میں، کوٹنگ غیر دھاتی مرکبات سے بنائی جاتی ہے۔ ایک بہترین مثال ایلومینیم انوڈائزنگ ہے۔ ایلومینیم کا حصہ اینوڈ کے طور پر نصب کیا جاتا ہے۔ الیکٹرولائٹ سلفورک ایسڈ کا حل ہے۔ الیکٹرولیسس کے نتیجے میں، ایلومینیم آکسائیڈ کی ایک تہہ اینوڈ پر جمع ہوتی ہے، جس میں حفاظتی اور آرائشی خصوصیات ہوتی ہیں۔ یہ ٹیکنالوجیز مختلف صنعتوں میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتی ہیں۔ آپ حفاظتی ضوابط کے مطابق عمل کو اپنے ہاتھوں سے انجام دے سکتے ہیں۔
توانائی کے اخراجات
الیکٹرولیسس کو اعلی توانائی کی لاگت کی ضرورت ہوتی ہے۔ یہ عمل عملی اہمیت کا حامل ہو گا اگر اینوڈ کرنٹ کافی ہو، اور اس کے لیے ضروری ہے کہ بجلی کے منبع سے براہ راست کرنٹ لگائیں۔ اس کے علاوہ، جب یہ انجام دیا جاتا ہے تو، سائیڈ وولٹیج کے نقصانات ہوتے ہیں - انوڈ اور کیتھوڈ اوور وولٹیج، اس کی مزاحمت کی وجہ سے الیکٹرولائٹ میں ہونے والے نقصانات۔ تنصیب کی کارکردگی کا تعین توانائی کی کھپت کی طاقت کو حاصل شدہ مادہ کے کارآمد ماس کے یونٹ سے منسلک کرکے کیا جاتا ہے۔
الیکٹرولیسس صنعت میں ایک طویل عرصے سے اور اعلی کارکردگی کے ساتھ استعمال ہوتا رہا ہے۔ انوڈائزڈ اور الیکٹروپلیٹیڈ کوٹنگز روزمرہ کی زندگی میں عام ہو گئی ہیں، اور مواد کی کان کنی اور فائدہ اٹھانے سے ایسک سے بہت سی دھاتیں نکالنے میں مدد ملتی ہے۔ اس عمل کی منصوبہ بندی اور حساب لگایا جا سکتا ہے، اس کے بنیادی نمونوں کو جان کر۔
ملتے جلتے مضامین:
