सूत्र, व्याख्या, विधान आणि उदाहरणे

फॅराडेच्या इलेक्ट्रोलिसिसच्या दुसऱ्या कायद्याचे सूत्र: फॅराडेचा दुसरा कायदा अर्ज, सूत्र आणि नोट्स येथे तपासा.

फॅराडेचा इलेक्ट्रोलिसिसचा दुसरा नियम: फॅराडेचा कायदा रसायनशास्त्रात अभ्यासलेला एक महत्त्वाचा सिद्धांत आहे. फॅराडेचा दुसरा कायदा इलेक्ट्रोलाइटमधून जाणारा विद्युत प्रवाह आणि इलेक्ट्रोलाइटिक प्रक्रियेदरम्यान बदललेल्या पदार्थाचे प्रमाण यांच्यातील थेट संबंध दर्शवतो. मायकेल फॅराडे या ब्रिटीश शास्त्रज्ञाने हा कायदा तयार केला आहे ज्याबद्दल आपण या लेखात जाणून घेणार आहोत.

इलेक्ट्रोलिसिस

इलेक्ट्रोलिसिस ही एक रासायनिक प्रक्रिया आहे जी एक उत्स्फूर्त रासायनिक प्रतिक्रिया ट्रिगर करण्यासाठी विद्युत प्रवाह वापरते. यात एनोड (पॉझिटिव्ह) आणि कॅथोड (ऋण) असे दोन इलेक्ट्रोड असलेले इलेक्ट्रोलाइटिक सेल समाविष्ट आहे. इलेक्ट्रोलाइट हा पदार्थ आहे जो इलेक्ट्रोलाइटिक प्रक्रियेदरम्यान रासायनिक बदलतो.

फॅरेडेची दुसरी कायद्याची व्याख्या

एनसीईआरटीच्या पाठ्यपुस्तकानुसार इयत्ता 12 भाग I फॅराडेचा इलेक्ट्रोलिसिसचा दुसरा नियम असे सांगतो की “विद्युतविघटन द्रावणातून जाणार्‍या विजेच्या समान प्रमाणाद्वारे मुक्त झालेल्या विविध पदार्थांचे प्रमाण त्यांच्या रासायनिक समतुल्य वजनाच्या प्रमाणात असते (धातूचे अणू वस्तुमान ÷ आवश्यक इलेक्ट्रॉनांची संख्या कॅशन कमी करण्यासाठी).”

प2च्या/प१=ई2च्या/इ१

च्याकुठे प१ आणि प2 अनुक्रमे 1 आणि 2 या दोन घटकांची जमा वजने आहेत, E1 आणि इ2 अनुक्रमे 1 आणि 2 या दोन घटकांचे समतुल्य वजन आहेत.

फॅरेडेचे दुसरे कायद्याचे सूत्र

गणितीयदृष्ट्या, फॅराडेचा दुसरा नियम याप्रमाणे व्यक्त केला जाऊ शकतो:

m = (Q × E) / (z × F)

कुठे:

मी = जमा केलेल्या पदार्थाचे वस्तुमान (ग्रॅममध्ये).

z = व्हॅलेन्सी किंवा एक्सचेंज केलेल्या इलेक्ट्रॉनची संख्या

F = फॅराडेचा स्थिरांक (≅ 96,485 C/mol), इलेक्ट्रॉनच्या एका मोलचा चार्ज.

प्र = कुलॉम्ब्समध्ये इलेक्ट्रोलाइटमधून एकूण इलेक्ट्रिक चार्ज जातो.

ई = पदार्थाचे समतुल्य वजन (ग्रॅममध्ये)

फॅराडेच्या दुसऱ्या कायद्याचे व्यावहारिक अनुप्रयोग

इलेक्ट्रोप्लेटिंग

इलेक्ट्रोप्लेटिंग हा फॅराडेच्या दुसऱ्या कायद्याच्या वापरांपैकी एक आहे. ही एक प्रक्रिया आहे जी मुख्यतः दागिने, सजावटीचे आणि औद्योगिक घटक तयार करण्यासाठी उद्योगांमध्ये केली जाते ज्यावर वेगवेगळ्या धातूचा थर असतो आणि ते चमकदार दिसावेत. हे गंज प्रतिबंध करण्यासाठी देखील उपयुक्त आहे.

पाणी उपचार

वॉटर ट्रीटमेंट प्लांट्समध्ये, फॅराडेचा इलेक्ट्रोलिसिसचा दुसरा नियम पाण्यात क्लोरीन आणि इतर जंतुनाशकांचे प्रमाण निश्चित करण्यासाठी वापरला जातो.

बॅटरीज

चार्जिंग आणि डिस्चार्जिंग प्रक्रियेदरम्यान वापरल्या जाणार्‍या रिएक्टंट्सचे प्रमाण आणि उत्पादने फॅराडेच्या दुसर्‍या कायद्याचा वापर करून मोजली जातात. या व्यतिरिक्त, फॅरेडेच्या दुसऱ्या कायद्याचे इतरही विविध उपयोजन आहेत जे त्याला रसायनशास्त्रातील सर्वात महत्त्वाच्या कायद्यांपैकी एक बनवतात.

फॅरेडेच्या दुसऱ्या कायद्याच्या प्रश्नाची उदाहरणे सोडवली

प्रश्न: समजा तुम्ही तांब्याने धातूच्या वस्तूला इलेक्ट्रोप्लेट करत आहात. तुम्ही 45 मिनिटे (किंवा 2700 सेकंद) कॉपर सल्फेट (CuSO4) द्रावणातून 2.0 अँपिअरचा विद्युतप्रवाह पार करता. या प्रक्रियेदरम्यान वस्तूवर जमा झालेल्या तांब्याच्या वस्तुमानाची गणना करा.

उपाय:

• सूत्र वापरून सेलमधून उत्तीर्ण झालेल्या इलेक्ट्रॉन (Q) च्या मोलची संख्या मोजा:
• मोल्सची संख्या = (वर्तमान (A) × वेळ (s)) / (2 × फॅराडे स्थिरांक)
• मोल्सची संख्या = (2.0 A × 2700 s) / (2 × 96,485 C/mol) = 0.058 moles
• तांब्याची व्हॅलेन्सी (z) निश्चित करा. तांब्यासाठी, ते 2 आहे कारण इलेक्ट्रोप्लेटिंग प्रक्रियेदरम्यान, प्रत्येक तांबे आयन (Cu²⁺) घन तांबे (Cu) बनण्यासाठी दोन इलेक्ट्रॉन मिळवते.
• तांब्याचे मोलर मास (Cu = 63.5 g/mol) वापरून त्याचे समतुल्य वजन (E) शोधा:
• कॉपरचे समतुल्य वजन (Cu) = Molar Mass (Cu) / Valency (Cu) = 63.5 g/mol / 2 = 31.75 g/equiv
• आता, जमा केलेल्या तांब्याचे वस्तुमान (m) काढण्यासाठी फॅराडेचे द्वितीय नियम सूत्र लागू करा:
• वस्तुमान (Cu) = (Q × E) / (z × F)
• वस्तुमान (Cu) = (0.058 moles × 31.75 g/equiv) / (2 × 96,485 C/mol) = 0.097 g

प्रश्न: कल्पना करा की तुम्ही सोडियम क्लोराईड (NaCl) द्रावणाच्या इलेक्ट्रोलिसिसद्वारे क्लोरीन वायू (Cl2) तयार करण्याचा प्रयोग करत आहात. तुम्ही 90 मिनिटांसाठी (किंवा 5400 सेकंद) 5.0 अँपिअरचा प्रवाह पास करता. मानक तापमान आणि दाब (STP) वर उत्पादित क्लोरीन वायूची मात्रा मोजा.

उपाय

• सूत्र वापरून सेलमधून उत्तीर्ण झालेल्या इलेक्ट्रॉन (Q) च्या मोलची संख्या मोजा:
• मोल्सची संख्या = (वर्तमान (A) × वेळ (s)) / (2 × फॅराडे स्थिरांक)
• मोल्सची संख्या = (5.0 A × 5400 s) / (2 × 96,485 C/mol) = 0.139 moles
• सोडियम क्लोराईडच्या इलेक्ट्रोलिसिसमुळे 1 मोल क्लोरीन वायू तयार होतो (Cl2) उत्तीर्ण झालेल्या इलेक्ट्रॉनच्या प्रत्येक 2 मोलसाठी, आपल्याला क्लोरीन वायूच्या मोलची संख्या शोधण्याची आवश्यकता आहे, जी इलेक्ट्रॉनच्या मोलच्या निम्मी आहे: 0.139 moles / 2 = 0.0695 moles.
• एसटीपी (मानक तापमान आणि दाब) वर क्लोरीन वायूचे प्रमाण (V) मोजण्यासाठी, आम्ही आदर्श वायू कायदा वापरू शकतो:
• व्हॉल्यूम (V) = (मोल्सची संख्या) × (STP वर मोलर व्हॉल्यूम)
• STP वर मोलर व्हॉल्यूम अंदाजे 22.4 L/mol आहे.
• व्हॉल्यूम (V) = 0.0695 moles × 22.4 L/mol = 1.572 L