Electrolysis and selective discharge Tamil revision study sheet in plain-language paragraphs: what electrolysis is as the reverse of a galvanic cell, cathode reduction and anode oxidation in an electrolytic cell, the principle of selective discharge comparing standard reduction potentials with overpotential and concentration effects, and four worked case studies -- electrolysis of acidified water giving hydrogen and oxygen in 2 to 1 ratio, electrolysis of copper sulfate with copper electrodes for electrorefining where the anode dissolves and pure copper deposits at the cathode, electrolysis of copper sulfate with inert electrodes where the solution turns acidic, and electrolysis of brine with inert electrodes in the chlor-alkali process producing hydrogen, chlorine and sodium hydroxide.

A/L இரசாயனவியல் · அலகு 13 · குறு குறிப்பு (13உ)

🧠 மனப்படம்
⚗️
தெரிவுமுறை விடுவித்தல்
Electrolysis — Selective Discharge

1 மின் பகுப்பு என்றால் என்ன?

ஒரு கல்வானிக் கலத்தில் சுயாதீனமாக நிகழும் ஒரு தாழ்த்தேற்றத் தாக்கத்தின் மூலம் இரசாயனச் சக்தி மின்சக்தியாக மாற்றப்படுகின்றது. மின் பகுப்பு (electrolysis) இதற்கு நேர்மாறானது — வெளியேயிருந்து வழங்கப்படும் மின்சக்தியைப் பயன்படுத்தி, தானாக நிகழாத ஒரு தாழ்த்தேற்றத் தாக்கத்தை முன்னோக்கி நடாத்துவது. மின் முதலின் (DC source) நேர் முடிவிடத்திற்கு இணைக்கப்படும் மின்வாய் அனோட்டு; எதிர் முடிவிடத்திற்கு இணைக்கப்படுவது கதோட்டு.

கரைசலில் உள்ள நேர் அயன்கள் கதோட்டை நோக்கிக் கவரப்பட்டு இலத்திரன்களைப் பெற்று தாழ்த்தலடைகின்றன; எதிர் அயன்கள் அனோட்டை நோக்கிக் கவரப்பட்டு இலத்திரன்களை இழந்து ஒட்சியேற்றமடைகின்றன. கதோட்டில் கைவிடப்படும் இலத்திரன்கள் வெளி வலயத்தினூடாக மீண்டும் மின் முதலுக்குப் பாய்கின்றன.

கதோட்டு (−): தாழ்த்தல்  ·  அனோட்டு (+): ஒட்சியேற்றம்

2 தெரிவுமுறை விடுவித்தலின் கோட்பாடு

ஒரு மின்பகுபொருளில் ஒன்றுக்கு மேற்பட்ட வகையான அயன்கள் காணப்படும்போது, எந்த அயன் முதலில் விடுவிக்கப்படுகின்றது என்பதைத் தீர்மானிக்க தெரிவுமுறை விடுவித்தல் (selective discharge) கோட்பாடு பயன்படுகின்றது — போட்டியிடும் அயன்களின் நியம தாழ்த்தல் அழுத்தங்களை (E°) ஒப்பிட்டு, எளிதாக விடுவிக்கப்படும் அயன் எதிர்வு கூறப்படுகின்றது.

கதோட்டில், அதிக நேர்ப் பெறுமான E° கொண்ட நேர் அயன் எளிதாகத் தாழ்த்தலடைகின்றது. அனோட்டில், அதிக எதிர்ப் பெறுமான E° கொண்ட கூறு எளிதாக ஒட்சியேற்றமடைகின்றது. எனினும் ஒரு கூறு விடுவிக்கப்படுவதற்கு நியம மின்வாய் அழுத்தத்திலும் பார்க்க உயர்வான அழுத்தம் தேவைப்படலாம் — இந்த மேலதிக அழுத்தம் மிகை அழுத்தம் (overpotential); அயனின் செறிவும் விடுவித்தலில் செல்வாக்குச் செலுத்துகின்றது.

உதாரணம்
கதோட்டில் Cu²⁺ vs H⁺: Cu²⁺(E°=+0.34) > H⁺(E°=0.00) → Cu படிவடையும். அனோட்டில் Na⁺ vs H₂O: Na⁺(E°=−2.71) மிக எதிர் → H₂O தாழ்த்தலடைந்து H₂ வெளியேறும். செறிந்த NaCl கரைசலில் அனோட்டில் கொள்கையளவில் H₂O வெல்ல வேண்டும், ஆனால் Cl⁻-இன் மிகை அழுத்தம் குறைவாக இருப்பதால் நடைமுறையில் Cl₂ வெளியேறும்.

3 நீரை மின்பகுத்தல்

நீர் மிக உறுதியான பதார்த்தம்; தூய நீரில் அயன் எண்ணிக்கை மிகக் குறைவாக இருப்பதால் (1×10⁻⁷ mol dm⁻³ H⁺) மின் கடத்தல் இலகுவாக நடைபெறுவதில்லை. எனவே மின் பகுப்பை எளிதாக்க ஐதான கந்தக அமிலம் (H₂SO₄) சேர்க்கப்படுகின்றது. கதோட்டில் ஐதரசன் வாயு விடுவிக்கப்படுகின்றது; அனோட்டில் SO₄²⁻ ஐ விட நீரை ஒட்சியேற்றுவது இலகுவாதலால் ஒட்சிசன் வாயு விடுவிக்கப்படுகின்றது. SO₄²⁻ இன் செறிவு மாறுவதில்லை — மொத்தத்தில் நிகழ்வது நீரின் சிதைவே.

கதோட்டு: 4H⁺+4e⁻→2H₂  ·  அனோட்டு: 2H₂O→O₂+4H⁺+4e⁻  ·  மொத்தம்: 2H₂O→2H₂+O₂  ·  H₂:O₂ = 2:1

4 CuSO₄(aq) — செம்பு மின்வாய்கள் vs சடத்துவ மின்வாய்கள்

செம்பு மின்வாய்களுடன் மின்பகுக்கும்போது மின்வாய்களே தாக்கத்தில் பங்கேற்கும் ஈடுபடுமின்வாய்களாகச் செயற்படுகின்றன — அனோட்டு (தூய்மையற்ற செப்பு) கரைந்து Cu²⁺ ஐ விடுவிக்க, கதோட்டில் Cu²⁺ தூய செம்பாகப் படிவடைகின்றது. கரைசலில் Cu²⁺ செறிவு அண்ணளவாக மாறாமலேயே இருக்கின்றது. இதுவே செம்பின் மின் சுத்திகரிப்பும் (electrorefining) மின் முலாமிடலும் (electroplating) சார்ந்திருக்கும் தத்துவம்.

சடத்துவ (Pt/C) மின்வாய்களுடன் மின்பகுக்கும்போது, கதோட்டில் Cu²⁺ (E°=+0.34V) H⁺ (E°=0.00V) ஐ விஞ்சித் தாழ்த்தலடைந்து தூய செம்பு படிவடைகின்றது. அனோட்டில் SO₄²⁻ ஐ விட நீரை ஒட்சியேற்றுவது இலகுவாதலால் ஒட்சிசன் வாயு விடுவிக்கப்பட்டு H⁺ அயன்கள் உருவாகின்றன — எனவே கரைசல் படிப்படியாக அமிலமாக மாறுகின்றது.

செப்பு மின்வாய்: Cu(s)→Cu²⁺+2e⁻ (அனோட்டு), Cu²⁺+2e⁻→Cu(s) (கதோட்டு)  ·  சடத்துவ: 2Cu²⁺+2H₂O→2Cu+O₂+4H⁺
பொதுவான தவறு
செப்பு மின்வாய்களுடன் CuSO₄(aq) ஐ மின்பகுக்கும்போது Cu²⁺ செறிவு மாறாமல் இருக்கும்; சடத்துவ மின்வாய்களுடன் Cu²⁺ நீக்கப்பட்டுக் கரைசல் அமிலமாகும் — இவ்விரு நிலைகளையும் குழப்பிக்கொள்ள வேண்டாம்.

5 சடத்துவ மின்வாய்களுடன் NaCl(aq) — குளோர்-காரத் தொழில்முறை

கதோட்டில் Na⁺ (E°=−2.71V) மிக உயர்ந்த எதிர்ப் பெறுமானமாக இருப்பதால் தாழ்த்தலடைவதில்லை; அதற்குப் பதிலாக நீர் தாழ்த்தலடைந்து ஐதரசன் வாயு விடுவிக்கப்படுகின்றது. அனோட்டில் நியமமாக நீர் ஒட்சியேற்றமடைய வேண்டியிருந்தாலும், Cl⁻ இன் மிகை அழுத்தம் ஒப்பீட்டளவில் குறைவாக இருப்பதால், செறிந்த கரைசலில் குளோரின் வாயு அனோட்டில் வெளியேறுகின்றது. Na⁺ கரைசலில் மாற்றமின்றி எஞ்ச, OH⁻ உருவாவதால் கரைசலில் சோடியம் ஐதரொட்சைட்டு (NaOH) எஞ்சுகின்றது — இதுவே குளோர்-காரத் தொழில்முறை.

கதோட்டு: 2H₂O+2e⁻→H₂+2OH⁻  ·  அனோட்டு: 2Cl⁻→Cl₂+2e⁻  ·  மொத்தம்: 2NaCl+2H₂O→2NaOH+H₂+Cl₂
பொதுவான தவறு
NaCl(aq) ஐ மின்பகுக்கும்போது கதோட்டில் சோடியம் உலோகம் கிடைக்கும் என எழுதுதல் தவறு — நீர் Na⁺ ஐ விஞ்சித் தாழ்த்தலடைவதால் H₂ வாயுவே கிடைக்கின்றது. சோடியம் உலோகம் உருகிய NaCl இலிருந்து மட்டுமே கிடைக்கின்றது.
learn.gtdigital.tech · A/L இரசாயனவியல் · அலகு 13 கோபிரமணன் திருசெந்திவேல், MSc