1️⃣1️⃣ தரம் 11 · அலகு 12

மின்னிரசாயனம்

Electrochemistry

★★★★☆ மின்வேதியணுமின்னாற்பகுப்புஉலோக அரிப்பு

ஒரு பொம்மைக் காரில் கலத்தைப் (cell) பொருத்தாமல் அப்படியே அறையில் வைத்தால் அது இயங்காது. ஆனால் கலத்தைப் பொருத்தி சுவிட்சை அழுத்தியதும் குமிழ் எரிகிறது, மோட்டார் சுழல்கிறது. அந்தச் சிறிய உலோகக் குப்பிக்குள் என்ன நடக்கிறது? உள்ளே ஒரு இரசாயனத் தாக்கம் (chemical reaction) நடந்து, அதிலிருந்து மின்சாரம் (electricity) பிறக்கிறது. மறுபக்கம், தங்க நகை செய்யும் தட்டான் ஒரு கம்பியையும் கரைசலையும் மின்கலத்துடன் இணைத்து, மலிவான உலோகத்தின் மீது தங்கப் படலத்தைப் பூசுகிறார். இங்கே மின்சாரம் ஒரு இரசாயன மாற்றத்தைக் கட்டாயப்படுத்தி நிகழ்த்துகிறது. மழைக்காலத்தில் வீட்டுக் கதவின் கீல், கம்பி வேலி, தகரக் கூரை ஆகியவை சிவப்பாகத் துருப்பிடிக்கின்றன. இந்த மூன்று நிகழ்வுகளுக்கும் அடிப்படை ஒரே அறிவியல்தான்: மின்னிரசாயனம் (electrochemistry). மின்சாரத்துக்கும் இரசாயனத் தாக்கங்களுக்கும் இடையிலான தொடர்பை விளக்குவதே இந்த அலகு.

12.1 மின்னிரசாயனக் கலங்கள் (Electrochemical Cells)

முந்திய வகுப்புகளில் பொம்மைக் கார், கை விளக்கு, கணிப்பான், கைபேசி போன்றவற்றை இயக்கும் சிறிய கலங்களைப் பற்றிக் கற்றீர்கள். இவை எல்லாவற்றிலும் சேமிக்கப்பட்ட இரசாயன ஆற்றல் (chemical energy) ஒரு இரசாயனத் தாக்கத்தின் மூலம் மின்னாற்றலாக (electrical energy) மாற்றப்படுகிறது. இந்தப் பகுதியில் அந்த மாற்றம் எவ்வாறு நிகழ்கிறது என்பதை அணுக்களின் மட்டத்தில் ஆராய்வோம்.

வரையறை ஒரு இரசாயனத் தாக்கத்தின் மூலம் மின்சாரத்தை உருவாக்கப் பயன்படும் அமைப்பே மின்னிரசாயனக் கலம் (electrochemical cell) எனப்படும். கரைசலில் (மின்பகுளியில்) தோய்த்து வைக்கப்பட்ட, மின்சாரத்தைக் கடத்தும் கம்பிகள் அல்லது தகடுகள் மின்முனைகள் (electrodes) எனப்படும்.

12.1.1 துத்தநாகமும் நீர்த்த சல்பூரிக் அமிலமும் — அடிப்படை அவதானிப்பு

ஒரு சிறிய முகவையில் (beaker) நீர்த்த சல்பூரிக் அமிலம் (dilute H₂SO₄) எடுக்கப்பட்டு, அதில் ஒரு துத்தநாகத் தகடு (zinc strip) ஒரு பகுதி மூழ்கும்படி வைக்கப்பட்டது. சிறிது நேரத்தில் துத்தநாகத் தகட்டுக்கு அருகில் வாயுக் குமிழ்கள் வெளிப்பட்டன; தகடு படிப்படியாகக் கரைந்தது என்பது அவதானிக்கப்பட்டது.

இதன் காரணம்: துத்தநாக அணுக்கள் (Zn) தம் மீது இலத்திரன்களை விட்டுவிட்டு, துத்தநாக அயனிகளாக (Zn²⁺) கரைசலுக்குச் சென்றன. இலத்திரன்கள் தகட்டின் மீது குவிந்தன.

Zn(s) → Zn²⁺(aq) + 2e⁻ … ① H₂SO₄(aq) → 2H⁺(aq) + SO₄²⁻(aq) 2H⁺(aq) + 2e⁻ → H₂(g) … ② (① + ②): Zn(s) + 2H⁺(aq) → Zn²⁺(aq) + H₂(g) மொத்தத் தாக்கம்: Zn(s) + H₂SO₄(aq) → ZnSO₄(aq) + H₂(g)

ஒரு பொருளிலிருந்து (அணு, மூலக்கூறு அல்லது அயனி) இலத்திரன்களை நீக்குதல் அல்லது சேர்த்தல் மூலம் ஒரு இரசாயனப் பொருளை இன்னொன்றாக மாற்றும் இத்தகைய தாக்கங்கள் அரைத்தாக்கங்கள் (half reactions) எனப்படும். இரு அரைத்தாக்கங்களையும் பொருத்தமாகக் கூட்டினால் சமப்படுத்தப்பட்ட அயனிச் சமன்பாட்டைப் பெறலாம்.

12.1.2 துத்தநாகம் – செம்பு மின்கலம் (Zn–Cu cell)

மேலே துத்தநாகத் தகடு மட்டும் இருந்தபோது, இலத்திரன்களின் பரிமாற்றம் தகட்டிலேயே நடந்தது. ஆனால் அந்தப் பரிமாற்றத்தை ஒரு புறக் கடத்தி (external conductor) வழியாக நடக்கச் செய்தால் மின்னோட்டத்தைப் பெறலாம். ஒரு முகவையில் நீர்த்த சல்பூரிக் அமிலம் எடுக்கப்பட்டு, ஒரு துத்தநாகத் தகடும் ஒரு செப்புத் தகடும் (copper strip) அம்மானி (ammeter) ஊடாக இணைக்கப்பட்டு அமிலத்தில் தோய்க்கப்பட்டன.

அவதானிப்பு: அம்மானியின் முள் விலகியது (அதாவது மின்னோட்டம் ஓடியது); துத்தநாகத் தகடு கரைந்தது; வாயுக் குமிழ்கள் செப்புத் தகட்டில் வெளிப்பட்டன.

துத்தநாகத் தகட்டில் குவிந்த இலத்திரன்கள் புறக் கம்பி வழியாகச் செப்புத் தகட்டை நோக்கிப் பாய்ந்தன. இந்த இலத்திரன் ஓட்டமே மின்னோட்டம். கரைசலில் உள்ள H⁺ அயனிகள் செப்புத் தகட்டை நோக்கி நகர்ந்து, அங்கிருந்து இலத்திரன்களைப் பெற்று ஹைட்ரஜன் வாயுவாயின. அதனால் வாயுக் குமிழ்கள் செப்பில் வெளிப்பட்டன.

12.1.3 நேர்மின்முனை, எதிர்மின்முனை: எது எது?

துத்தநாகத் தகட்டில் நிகழ்வது: Zn(s) → Zn²⁺(aq) + 2e⁻. ஒரு பொருளிலிருந்து இலத்திரன்கள் இழக்கப்படுதல் ஒட்சியேற்றம் (oxidation) எனப்படும். ஒட்சியேற்றம் நிகழும் மின்முனை நேர்மின்முனை (anode). எனவே துத்தநாகமே நேர்மின்முனை. அணுக்கள் இலத்திரன்களை விட்டுச் செல்வதால் துத்தநாகத் தகடு செப்பைவிட அதிக எதிர் ஏற்றம் பெறுகிறது. எனவே துத்தநாகம் கலத்தின் எதிர்முனை (negative terminal) ஆகும்.

செப்புத் தகட்டில் நிகழ்வது: 2H⁺(aq) + 2e⁻ → H₂(g). இலத்திரன்களைப் பெறுதல் ஒட்சிஇறக்கம் (reduction). ஒட்சிஇறக்கம் நிகழும் மின்முனை எதிர்மின்முனை (cathode). எனவே செப்பே எதிர்மின்முனை; இலத்திரன்கள் அதை நோக்கிப் பாய்வதால் இது நேர்முனை (positive terminal).

நேர்மின்முனை (anode, –): Zn(s) → Zn²⁺(aq) + 2e⁻ … ஒட்சியேற்ற அரைத்தாக்கம் எதிர்மின்முனை (cathode, +): 2H⁺(aq) + 2e⁻ → H₂(g) … ஒட்சிஇறக்க அரைத்தாக்கம் மொத்தக் கலத் தாக்கம்: Zn(s) + 2H⁺(aq) → Zn²⁺(aq) + H₂(g)

தீர்மானிக்கும் விதி	நேர்மின்முனை (anode)	எதிர்மின்முனை (cathode)
தாக்கத்திறன் வரிசை (activity series)	மேலே உள்ள (அதிக தாக்கத்திறன்) உலோகம்	கீழே உள்ள (குறை தாக்கத்திறன்) உலோகம்
தாக்க வகை	ஒட்சியேற்றம் (oxidation)	ஒட்சிஇறக்கம் (reduction)
முனை	எதிர்முனை (–)	நேர்முனை (+)
உலோகம்	கரைகிறது அல்லது அரிக்கப்படுகிறது	பாதுகாக்கப்படுகிறது; வாயு வெளிப்படும்

⚠ எச்சரிக்கை புற கம்பியில் இலத்திரன்கள் எதிர்முனையிலிருந்து (anode) நேர்முனைக்கு (cathode) பாய்கின்றன. ஆனால் இயற்பியலின் மரபுப்படி மரபு மின்னோட்டம் (conventional current, I) நேர்முனையிலிருந்து எதிர்முனைக்கு, அதாவது இலத்திரன் ஓட்டத்துக்கு எதிர்த்திசையில், குறிக்கப்படுகிறது. இவ்விரண்டையும் குழப்பிக்கொள்ளக் கூடாது.

12.1.4 இரும்பு – செப்பு, துத்தநாகம் – இரும்பு கலங்கள்

தாக்கத்திறன் வரிசையில் இரும்பு செப்புக்கு மேல் இருக்கிறது. எனவே இரும்பு–செப்பு கலத்தில் அதிக தாக்கத்திறன் கொண்ட இரும்பே ஒட்சியேற்றமடைந்து நேர்மின்முனையாக (anode, –) செயல்படும்; செப்பு எதிர்மின்முனையாக (cathode, +) செயல்படும்.

Fe(s) → Fe²⁺(aq) + 2e⁻ (anode, இரும்பு கரைகிறது) 2H⁺(aq) + 2e⁻ → H₂(g) (cathode, செப்பில் வாயு) மொத்தம்: Fe(s) + 2H⁺(aq) → Fe²⁺(aq) + H₂(g)

அதேபோல், துத்தநாகம்–இரும்பு கலத்தில் துத்தநாகம் இரும்புக்கு மேல் இருப்பதால் துத்தநாகம் நேர்மின்முனை (anode, கரைகிறது); இரும்பு எதிர்மின்முனை (cathode, அதில் வாயுக் குமிழ்கள்).

Zn(s) → Zn²⁺(aq) + 2e⁻ (anode, துத்தநாகம் கரைகிறது) 2H⁺(aq) + 2e⁻ → H₂(g) (cathode, இரும்பில் வாயு) மொத்தம்: Zn(s) + 2H⁺(aq) → Zn²⁺(aq) + H₂(g)

பொது விதி: இரு வேறு உலோகங்களை ஒரு அமிலக் கரைசலில் தோய்த்துக் கம்பியால் இணைத்தால் ஒரு எளிய மின்கலம் கிடைக்கிறது. தாக்கத்திறன் வரிசையில் எது மேலே இருக்கிறதோ அதுவே நேர்மின்முனை (anode) ஆகும்; அது கரையும். எது கீழே இருக்கிறதோ அது எதிர்மின்முனை (cathode) ஆகும். கை விளக்குக் கலம், வாகன மின்கலம் போன்ற அன்றாடக் கலங்கள் அனைத்தினதும் அடிப்படை இதுவே.

12.2 மின்னாற்பகுப்பு (Electrolysis)

மின்கலத்தில் இரசாயன ஆற்றல் மின்சாரமாக மாறுகிறது. இப்போது அதற்கு நேர்மாறானதைப் பார்ப்போம்: மின்சாரத்தினால் இரசாயன மாற்றம் நிகழ்தல். தங்க நகை மெருகேற்றும் தட்டான் ஒரு மின்கலத்தையும் கம்பிகளையும் ஒரு கரைசல் நிறைந்த கிண்ணத்தையும் பயன்படுத்துகிறார். அதன் வழியாக மின்சாரத்தைச் செலுத்தி நகையின் மீது தங்கம் படியச் செய்கிறார்.

வரையறை மின்சாரத்தைக் கடத்தும் ஒரு கரைசல் அல்லது திரவத்தின் ஊடாக மின்சாரத்தைச் செலுத்தி, பொதுவாகத் தானாக நிகழாத ஒரு இரசாயன மாற்றத்தைக் கட்டாயப்படுத்தி நிகழ்த்துவதே மின்னாற்பகுப்பு (electrolysis). இந்த அமைப்பு மின்னாற்பகுப்புக் கலம் (electrolytic cell) எனப்படும்.

12.2.1 மின்பகுளிகளும் மின்பகுளியல்லாதனவும் (Electrolytes & Non-electrolytes)

காபன் மின்முனைகளை வெவ்வேறு திரவங்களில் தோய்த்து அம்மானியின் விலகலைச் சோதித்தபோது, அமிலமயமாக்கப்பட்ட நீர் (acidified water) மற்றும் உப்புக் கரைசல் (salt solution) பயன்படுத்தியபோது மட்டுமே விலகல் காணப்பட்டது. அதாவது அவை மட்டுமே மின்சாரத்தைக் கடத்தின.

மின்சாரத்தைக் கடத்தும் திரவங்கள் மின்பகுளிகள் (electrolytes) எனப்படும். அவற்றில் நகரும் அயனிகள் (mobile ions) இருப்பதே இதற்குக் காரணம்.

மின்பகுளிகள் (கடத்தும்)	மின்பகுளியல்லாதன (கடத்தாதன)
அயனிச் சேர்வைகளின் நீர்க்கரைசல் — NaCl(aq), CuSO₄(aq)	தூய நீர் (distilled water)
உருகிய அயனிச் சேர்வைகள் — உருகிய NaCl	சேதனத் திரவங்கள்: பெட்ரோல், மண்ணெண்ணெய், ஹெக்சேன் (hexane)
அமிலக் கரைசல்கள் — HCl(aq), H₂SO₄(aq)	தேங்காய் எண்ணெய், மண்ணெண்ணெய்
மூலக் கரைசல்கள் — NaOH(aq)	எத்தனோல் (ethanol)

நினைவில் திண்ம அயனிப் படிகங்களில் அயனிகள் கட்டுண்டு கிடப்பதால் அவை மின்சாரத்தைக் கடத்தாது. ஆனால் அவை நீரில் கரைந்தாலோ உருகினாலோ அயனிகள் நகரும் தன்மையைப் பெறுகின்றன; எனவே கடத்துகின்றன. பெட்ரோல், மண்ணெண்ணெய் போன்ற ஹைட்ரோகார்பன்கள் சகப்பிணைப்புச் சேர்வைகள் என்பதால் அவற்றில் அயனிகள் இல்லை. தூய நீரும் சகப்பிணைப்புப் பொருளே; அதில் அயனிகள் மிகச் சொற்பமாகவே உள்ளன. எனவே இவை மின்சாரத்தைக் கடத்தாது.

12.2.2 மின்னாற்பகுப்பின் மரபுகள் (Conventions)

ஒரு மின்னாற்பகுப்புக் கலத்தில் வெளி மின்மூலத்தின் (மின்கலம்) நேர், எதிர் முனைகளுடன் மின்முனைகள் இணைக்கப்படுகின்றன. எந்த மின்முனையில் எத்தாக்கம் நிகழும் என்பதைக் கீழ்க்காணும் மரபுகள் தீர்மானிக்கின்றன.

மின்கலத்தின் நேர்முனையுடன் இணைந்தது நேர்மின்முனை; எதிர்முனையுடன் இணைந்தது எதிர்மின்முனை.
கரைசலில் நேர் அயனிகள் (cations) எதிர்மின்முனையை நோக்கி நகர்ந்து, இலத்திரன்களைப் பெற்று ஒட்சிஇறக்கம் (reduction) அடைகின்றன. பல நேர் அயனிகள் இருந்தால், தாக்கத்திறன் வரிசையில் கீழே உள்ள தனிமத்தின் அயனிக்கே ஒட்சிஇறக்கமடையும் வாய்ப்பு அதிகம். எடுத்துக்காட்டாக, Na⁺, H⁺ இருந்தால் (H, Na-க்குக் கீழே) H⁺ ஒட்சிஇறக்கமடையும்; Cu²⁺, H⁺ இருந்தால் (Cu, H-க்குக் கீழே) Cu²⁺.
ஒட்சிஇறக்கம் நிகழ்வதால் எதிர்மின்முனையே cathode ஆகும்.
கரைசலில் எதிர் அயனிகள் (anions) நேர்மின்முனையை நோக்கி நகர்ந்து இலத்திரன்களை இழந்து ஒட்சியேற்றம் (oxidation) அடைகின்றன. எடுத்துக்காட்டாக, 2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻. எனவே நேர்மின்முனையே anode ஆகும்.
பிளாற்றினம் (platinum) தவிர்ந்த உலோகம் நேர்மின்முனையாகப் (anode) பயன்படுத்தப்பட்டால், எதிர் அயனி ஒட்சியேற்றமடைவதற்குப் பதிலாக அந்த உலோக அணுக்களே ஒட்சியேற்றமடைந்து கரைகின்றன. எடுத்துக்காட்டாக, Ag(s) → Ag⁺(aq) + e⁻.

12.2.3 உருகிய NaCl இன் மின்னாற்பகுப்பு (Molten compound)

உருகிய (fused) சோடியம் குளோரைட்டில் Na⁺ மற்றும் Cl⁻ அயனிகள் மட்டுமே உள்ளன (நீர் இல்லை). காபன் மின்முனைகள் பயன்படுத்தப்பட்டன.

எதிர்மின்முனை (cathode, –): Na⁺(l) + e⁻ → Na(l) … ① (ஒட்சிஇறக்கம்) நேர்மின்முனை (anode, +): 2Cl⁻(l) → Cl₂(g) + 2e⁻ … ② (ஒட்சியேற்றம்) மொத்தம்: 2Na⁺(l) + 2Cl⁻(l) → 2Na(l) + Cl₂(g)

இதுவே சோடியம் உலோகத்தைத் தொழிற்துறையில் பிரித்தெடுக்கப் பயன்படும் டவுன்ஸ் கலத்தில் (Downs cell) நிகழும் தாக்கமாகும்.

12.2.4 நீர்க்கரைசல்களின் மின்னாற்பகுப்பு (Aqueous solutions)

நீர்க்கரைசலில் சேர்வையின் அயனிகளுடன், நீரின் சொற்ப அயனியாக்கத்தால் ஏற்படும் H⁺ மற்றும் OH⁻ அயனிகளும் இருக்கின்றன. எனவே இங்கு எந்த அயனி வெளிப்படும் என்பதைத் தாக்கத்திறன் வரிசையே தீர்மானிக்கிறது.

(அ) NaCl நீர்க்கரைசல்: கரைசலில் Na⁺, Cl⁻, H⁺, OH⁻ உள்ளன.

எதிர்மின்முனை (cathode, –): H, Na இற்குக் கீழே இருப்பதால் → 2H⁺(aq) + 2e⁻ → H₂(g) (H₂ வாயு வெளிப்படும்) நேர்மின்முனை (anode, +): Cl⁻ ஒட்சியேறும் வாய்ப்பு அதிகம் → 2Cl⁻(aq) → Cl₂(g) + 2e⁻ (Cl₂ வெளிப்படும்) எஞ்சுவது: Na⁺ + OH⁻ → கரைசலில் NaOH உருவாகிறது

(ஆ) CuSO₄ நீர்க்கரைசல்: கரைசலில் Cu²⁺, SO₄²⁻, H⁺, OH⁻ உள்ளன. அவதானிப்பு: எதிர்மின்முனையில் செப்பு படிகிறது; நேர்மின்முனையில் வாயுக் குமிழ்கள்; நீலநிறம் படிப்படியாகக் குறைகிறது.

எதிர்மின்முனை (cathode, –): Cu, H இற்குக் கீழே இருப்பதால் → Cu²⁺(aq) + 2e⁻ → Cu(s) (செப்பு படிகிறது; நீலநிறம் குறைகிறது) நேர்மின்முனை (anode, +): OH⁻ ஒட்சியேறும் வாய்ப்பு அதிகம் → 4OH⁻(aq) → O₂(g) + 2H₂O(l) + 4e⁻ (O₂ வாயு வெளிப்படும்)

(இ) அமிலமயமாக்கப்பட்ட நீர் (acidified water): H⁺, SO₄²⁻, OH⁻ உள்ளன. எதிர்மின்முனையில் (cathode) H₂ உம், நேர்மின்முனையில் (anode) O₂ உம் வெளிப்படும். எதிர்மின்முனை வாயுவின் கனவளவு நேர்மின்முனை வாயுவின் கனவளவைப்போல் இரண்டு மடங்காகும்.

cathode (–): 2H⁺(aq) + 2e⁻ → H₂(g) anode (+): 4OH⁻(aq) → O₂(g) + 2H₂O(l) + 4e⁻ மொத்த நீர் மின்னாற்பகுப்பு: 2H₂O(l) → 2H₂(g) + O₂(g)

நினைவில் நீரில் H⁺ அளவு மிகச் சொற்பம் என்பதால், சில இடங்களில் எதிர்மின்முனைத் தாக்கத்தை 2H₂O(l) + 2e⁻ → 2OH⁻(aq) + H₂(g) எனவும், நேர்மின்முனைத் தாக்கத்தை 2H₂O(l) → O₂(g) + 4H⁺(aq) + 4e⁻ எனவும் மிகப் பொருத்தமாக எழுதலாம். O/L மட்டத்தில் இவ்விரு வடிவங்களும் ஏற்றுக்கொள்ளப்படும்.

12.2.5 மின்னாற்பகுப்பின் தொழிற்துறைப் பயன்பாடுகள்

உலோகங்களைப் பிரித்தெடுத்தல்: உருகிய NaCl ஐ மின்னாற்பகுத்துச் சோடியமும், பொக்சைற்றை (bauxite) மின்னாற்பகுத்து அலுமினியமும் பெறப்படுகின்றன.
உலோகச் சுத்திகரிப்பு (refining): தாதுவிலிருந்து கிடைக்கும் அசுத்தச் செப்பு மின்னாற்பகுப்பால் தூய்மைப்படுத்தப்படுகிறது.
மின்முலாம் பூசுதல் (electroplating): வெள்ளி நகையில் தங்கம்; எஃகில் நிக்கல் அல்லது குரோமியம்.
தொழிற்துறை NaOH உற்பத்தி (பிரிதிரைக் கலம் — diaphragm cell).

12.2.6 சோடியம் உற்பத்தி: டவுன்ஸ் கலம்

உருகிய NaCl ஐ மூலப்பொருளாகப் பயன்படுத்தி, தொழிற்துறையில் சோடியம் பெறப்படுகிறது. திண்ம NaCl இன் உருகுவெப்பநிலை 840 °C ஆகும்; இது மிக உயர்வானது. சுமார் 40% கல்சியம் குளோரைட்டைச் சேர்த்தால் கலவையின் உருகுவெப்பநிலை சுமார் 600 °C ஆகக் குறைகிறது. நேர்மின்முனையில் உருவாகும் Cl₂ ஆனது, எதிர்மின்முனையில் கிடைக்கும் Na உடன் மீண்டும் சேர்ந்து NaCl ஆகிவிடாமல் இருக்க, இரு முனைகளும் ஒரு எஃகு வலைத் தடுப்பால் (steel diaphragm) பிரிக்கப்படுகின்றன. Cl₂ ஒரு பயனுள்ள உடன்விளைபொருளாக (by-product) கிடைக்கிறது.

உலோகம்	பயன்கள்
சோடியம் (Na)	மஞ்சள் ஒளி தரும் சோடிய ஆவி விளக்கு (sodium vapour lamp); அணுஉலையில் குளிரூட்டி; ஆய்வுகூடம்.
குளோரின் (Cl₂)	குடிநீர் கிருமி நீக்கம்; காகிதம், துணி ஆகியவற்றை வெளுத்தல்; HCl உற்பத்தி; PVC போன்ற பிளாஸ்ரிக்; electroplating.

12.2.7 மின்முலாம் பூசுதல்: செப்பு முலாம் (Electroplating worked example)

ஒரு குறிப்பிட்ட பரப்பின் மீது மின்னாற்பகுப்பால் ஒரு மெல்லிய உலோகப் படலத்தைப் பூசுவதே மின்முலாம் பூசுதல் (electroplating). பொதுவாக தகரம் (tin), செப்பு, வெள்ளி, குரோமியம் போன்ற குறைந்த தாக்கத்திறன் கொண்ட உலோகங்கள் பூசப்படுகின்றன. துருப்பிடிப்பைத் தடுத்தல், கவர்ச்சியான நிறம், இரசாயனத் தாக்கமின்மை, பளபளப்பு போன்ற பண்புகளுக்காக இவை பூசப்படுகின்றன.

பிரச்சினை: ஒரு இரும்புக் கரண்டியின் மீது செப்பைப் பூச வேண்டும். எதை நேர்மின்முனையாகவும் (anode), எதை எதிர்மின்முனையாகவும் (cathode), எதை மின்பகுளியாகவும் பயன்படுத்துவது?

பூசப்படும் பொருள் (இரும்புக் கரண்டி) → எதிர்மின்முனை (cathode) பூசும் உலோகத் தகடு (செப்புத் தகடு) → நேர்மின்முனை (anode) மின்பகுளி → செப்பு சல்பேட் கரைசல் (CuSO₄ aq) anode (+): Cu(s) → Cu²⁺(aq) + 2e⁻ (செப்பு anode படிப்படியாகக் கரைகிறது) cathode (–): Cu²⁺(aq) + 2e⁻ → Cu(s) (கரண்டியின் மீது செப்பு படிகிறது)

⚠ எச்சரிக்கை இங்கே நேர்மின்முனை செப்பு உலோகம் என்பதால், OH⁻ ஒட்சியேற்றமடைவதற்குப் பதிலாக உலோக அணுக்களே ஒட்சியேற்றமடைகின்றன; அதனால் நேர்மின்முனை கரைகிறது. தரமான முலாமுக்கு மின்பகுளியின் செறிவு குறைவாக இருப்பது நல்லது; அப்போது தாக்க வேகம் குறைந்து முலாம் சீராகப் படிகிறது.

12.3 உலோகங்களின் அரிப்பு (Corrosion of Metals)

வீட்டில் உள்ள உலோகப் பொருள்கள் காலப்போக்கில் மங்குதல், பள்ளம் விழுதல், நிறம் மாறுதல் போன்ற மாற்றங்களுக்கு உள்ளாகின்றன. காற்றுக்கு வெளிப்படும்போது உலோகம் இவ்வாறு மாறுவதே உலோக அரிப்பு (corrosion) எனப்படும். தோட்டத்தில் தொலைந்துபோன கத்தியோ மம்மட்டியோ நெடுநாள் கழித்துக் கிடைக்கும்போது நிறம் மாறி, அரிக்கப்பட்டிருப்பதைப் பார்த்திருப்பீர்கள். இரும்பு அல்லது எஃகு காற்றுக்கு வெளிப்பட்டு அரிக்கப்படுவது குறிப்பாக துருப்பிடித்தல் (rusting) எனப்படும்.

12.3.1 துருப்பிடித்தலின் நிபந்தனைகள் (Conditions for rusting)

(அ) காற்று அவசியமா? இரண்டு கொதிகுழாய்களில் (boiling tube) சுத்தம் செய்த இரும்பு ஆணிகள் நீரில் வைக்கப்பட்டன. ஒன்றில் நீர் கொதிக்கவைக்கப்பட்டு (கரைந்த காற்று நீக்கப்பட்டு) மேலே தேங்காய் எண்ணெய்ப் படலம் இடப்பட்டது. காற்றுள்ள குழாயில் ஆணி துருப்பிடித்தது; காற்றில்லாத குழாயில் துருப்பிடிக்கவில்லை — காற்று அவசியம் என உறுதியானது.

(ஆ) எந்தக் கூறு? ஒரு குழாயில் ஈரமான இரும்புக் கம்பிக் கட்டி (iron wool) தலைகீழாக நீர் தொட்டியில் வைக்கப்பட்டது. குழாயினுள் நீர்மட்டம் காற்றின் 1/5 பகுதி அளவு உயர்ந்தது. காற்றின் 1/5 கனவளவே ஒட்சிசன் (oxygen) என்பதால், துருப்பிடித்தலுக்குத் தேவையானது ஒட்சிசன் வாயு என்பது தெளிவாகிறது.

(இ) நீர் அவசியமா? ஒரு குழாயில் நீரற்ற கல்சியம் குளோரைட்டு (CaCl₂) அல்லது சிலிக்கா ஜெல் (silica gel) வைக்கப்பட்டு நீராவி நீக்கப்பட்டது; இங்கே ஆணிகள் துருப்பிடிக்கவில்லை. நீராவி இருந்த மற்றொரு குழாயில் ஆணி துருப்பிடித்தது. எனவே நீரும் அவசியம்.

முடிவு இரும்பு துருப்பிடிக்க ஒட்சிசனும் (காற்று) நீரும் இரண்டுமே அவசியம். இவற்றில் ஏதேனும் ஒன்று இல்லாவிட்டாலும் துருப்பிடித்தல் நிகழாது.

12.3.2 துருப்பிடித்தல் — ஒரு மின்னிரசாயன நிகழ்வு

இரும்பு அணுக்கள் இலத்திரன்களை இழந்து ஒட்சியேற்றமடைகின்றன (anode தாக்கம்); ஒட்சிசனும் நீரும் சேர்ந்து இலத்திரன்களைப் பெற்று ஒட்சிஇறக்கமடைகின்றன (cathode தாக்கம்). எனவே துருப்பிடித்தலும் மின்கலத்தைப் போன்ற ஒரு மின்னிரசாயன நிகழ்வே.

நேர்மின்முனை (anode): Fe(s) → Fe²⁺(aq) + 2e⁻ … ① எதிர்மின்முனை (cathode): 2H₂O(l) + O₂(g) + 4e⁻ → 4OH⁻(aq) … ② இலத்திரன்களைச் சமப்படுத்த ① × 2: 2Fe(s) + 2H₂O(l) + O₂(g) → 2Fe²⁺(aq) + 4OH⁻(aq) → 2Fe(OH)₂(s) மேற்கொண்டு காற்றுடன்: 4Fe(OH)₂(s) + O₂(g) → 2(Fe₂O₃·H₂O)(s) + 2H₂O(l)

இறுதியில் உருவாகும் நீரேற்ற இரும்பு(III) ஒட்சைட்டு (hydrated iron(III) oxide, Fe₂O₃·xH₂O) சிவப்புப்-பழுப்பு நிறம் கொண்டது — இதுவே நாம் காணும் துரு. சேரும் நீர் மூலக்கூறுகளின் எண்ணிக்கை மாறுபடுவதால் துருவின் சூத்திரம் Fe₂O₃·xH₂O எனப் பொதுவாக எழுதப்படுகிறது.

12.3.3 துருப்பிடித்தலை விரைவுபடுத்தும் காரணிகள்

காரணி	விளைவு	எடுத்துக்காட்டு
அமிலம் (acid)	துருப்பிடித்தலை விரைவுபடுத்தும்	எலுமிச்சைச் சாறு அல்லது HCl பட்ட இரும்புக் கத்தி விரைவில் துருப்பிடிக்கும்
உப்பு (NaCl)	விரைவுபடுத்தும்	கடற்கரைப் பகுதிகளில் இரும்புப் பொருள்கள் விரைவில் துருப்பிடிக்கும்
மூலம் (base, NaOH)	துருப்பிடித்தலைக் குறைக்கும்	NaOH கரைசலில் ஆணி அதிகம் துருப்பிடிக்கவில்லை

12.3.4 துருப்பிடித்தலைத் தடுக்கும் முறைகள்

இரும்பை ஒட்சிசன், நீர் இரண்டையும் தொடாமல் வைத்தால் துருப்பிடித்தலைத் தடுக்கலாம்.

வண்ணப்பூச்சு, எண்ணெய் அல்லது கிரீஸ் (grease) பூசுதல்: இது ஒரு பாதுகாப்புப் படலமாகி, ஒட்சிசனும் நீரும் இரும்பைத் தொடாமல் தடுக்கிறது.
தகர முலாம் பூசுதல் (tin coating): இதுவும் ஒரு பாதுகாப்புப் படலமாகச் செயல்படுகிறது.
துத்தநாக முலாம் பூசுதல் (galvanizing): இரும்பின் மீது துத்தநாகத்தைப் பூசுதல். வாளி, கம்பி வேலி, கூரைத் தகடு, GI குழாய் ஆகியவற்றில் இது செய்யப்படுகிறது.
பலியீட்டுப் பாதுகாப்பு (sacrificial / cathodic protection): கீழே பார்க்க.

12.3.5 பலியீட்டுப் பாதுகாப்பு (Sacrificial protection)

ஒரு அகார் ஜெல்லி (agar jelly), NaCl, பீனோல்ப்தலீன் (phenolphthalein), பொட்டாசியம் பெரிசயனைட்டு (potassium ferricyanide) ஆகியவை கலந்த ஊடகத்தில் இரும்பு ஆணிகள் வெவ்வேறு உலோகங்களுடன் (Mg, Zn, Cu, Pb) தொடர்பில் வைக்கப்பட்டன. பீனோல்ப்தலீன் OH⁻ அயனிகளால் இளஞ்சிவப்பாகும்; Fe²⁺ அயனிகள் பெரிசயனைட்டுடன் நீலநிறம் தரும்.

Mg, Zn ஆகியவற்றுடன் (இரும்பைவிட அதிக தாக்கத்திறன்): இரும்பைச் சுற்றி இளஞ்சிவப்பு நிறம் (OH⁻) தோன்றியது; நீலம் இல்லை (Fe²⁺ உருவாகவில்லை). அதாவது இரும்பு எதிர்மின்முனையாகி (cathode) பாதுகாக்கப்பட்டது; Mg அல்லது Zn நேர்மின்முனையாகி (anode) அரிக்கப்பட்டன. Cu, Pb ஆகியவற்றுடன் (இரும்பைவிடக் குறைந்த தாக்கத்திறன்): இரும்பைச் சுற்றி நீலம் (Fe²⁺) தோன்றியது. இரும்பு நேர்மின்முனையாகி (anode) இன்னும் வேகமாக அரிக்கப்பட்டது.

வரையறை இரும்பை ஒரு மின்கலத்தின் எதிர்மின்முனையாக (cathode) ஆக்கி அரிப்பிலிருந்து பாதுகாப்பதே பலியீட்டுப் பாதுகாப்பு அல்லது எதிர்மின்முனைப் பாதுகாப்பு (sacrificial / cathodic protection) எனப்படும். இரும்பைவிட அதிக தாக்கத்திறன் கொண்ட ஒரு உலோகத்தை (Mg, Zn) இரும்புடன் தொடர்பில் வைத்தால் அந்த உலோகமே நேர்மின்முனையாகி "பலியாகி" அரிக்கப்படும்; இரும்பு பாதுகாக்கப்படும்.

இரும்பின் மீது துத்தநாக முலாம் பூசுதல் (galvanizing): வாளி, கம்பி வேலி, கூரைத் தகடு, GI குழாய்.
கடலில் செல்லும் கப்பல்களின் உடலில் Mg அல்லது Zn கட்டிகளைப் பற்றவைத்தல். இக்கட்டிகள் அரிக்கப்படுவதால் அவ்வப்போது மாற்றப்பட வேண்டும்.

⚠ எச்சரிக்கை தகர முலாமும் (tin) துத்தநாக முலாமும் (galvanizing) வேறுபட்டவை. முலாம் கீறப்பட்டால் (scratched), தகர முலாமிட்ட இரும்பு துருப்பிடிக்கும் (தகரம் இரும்பைவிடக் குறைந்த தாக்கத்திறன் கொண்டது என்பதால் இரும்பே நேர்மின்முனையாகும்). ஆனால் துத்தநாக முலாமிட்ட (Zn) இரும்பு கீறப்பட்டாலும் துருப்பிடிக்காது (Zn இரும்பைவிட அதிக தாக்கத்திறன் கொண்டது என்பதால் Zn பலியாகி நேர்மின்முனையாகும்). இதுவே துத்தநாக முலாமின் சிறப்பு.

✅ விரைவுச் சோதனை

முக்கியக் கருத்துக்களை உறுதிப்படுத்துங்கள். தவறான விடைகள் உங்கள் தவறுக் குறிப்பேட்டில் சேமிக்கப்படும்.

🖊 கட்டுரை வினாக்கள் (பகுதி II)

பரீட்சை வடிவில் கட்டமைப்பு வினாக்கள். முதலில் நீங்களே எழுதுங்கள்; பின்னர் மாதிரி விடையைத் திறந்து சரிபாருங்கள்.

1. (அ) மின்வேதியணு (electrochemical cell) என்றால் என்ன? அது செய்யும் ஆற்றல் மாற்றம் யாது? (3)
(ஆ) ஒரு எளிய மின்கலத்தை எவ்வாறு அமைப்பாய்? (2)
(இ) ஒரு கலத்தில் anode, cathode, +/– முனைகளைத் தீர்மானிக்கும் விதிகள். (3)
(ஈ) புற கம்பியில் இலத்திரன் ஓட்டத் திசையும் மரபு மின்னோட்டத் திசையும். (2) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம் — சேர்க்க வேண்டிய புள்ளிகள்:

இரசாயன ஆற்றல் → மின்னாற்றல்.
இரு வேறு உலோகம் + அமிலக் கரைசல் + கம்பி.
அதிக தாக்கத்திறன் உலோகம் = anode (–), oxidation.
குறை தாக்கத்திறன் = cathode (+), reduction.
இலத்திரன்: anode→cathode.
மரபு மின்னோட்டம்: நேர்மாறு.

(அ) மின்வேதியணு (electrochemical cell): ஒரு தானாக நிகழும் இரசாயனத் தாக்கத்தின் மூலம் மின்சாரத்தை உருவாக்கப் பயன்படும் அமைப்பு. அதில் சேமிக்கப்பட்ட இரசாயன ஆற்றல் (chemical energy) → மின்னாற்றல் (electrical energy) ஆக மாற்றப்படுகிறது.

(ஆ) எளிய கலம்: இரு வேறு உலோகத் தகடுகளை (எ.கா. Zn, Cu) கம்பியால் (ammeter ஊடாக) இணைத்து, அவற்றை ஒரு அமிலக் கரைசலில் (நீர்த்த H₂SO₄) தோய்த்தால் ஒரு எளிய மின்கலம் கிடைக்கும்.

(இ) முனைகளைத் தீர்மானித்தல்:
• தாக்கத்திறன் வரிசையில் மேலே உள்ள (அதிக தாக்கத்திறன்) உலோகம் ஒட்சியேற்றமடைந்து நேர்மின்முனை (anode); இது எதிர்முனை (–).
• கீழே உள்ள உலோகம் ஒட்சிஇறக்கம் நிகழும் எதிர்மின்முனை (cathode); இது நேர்முனை (+).
• Anode-ல் oxidation, cathode-ல் reduction.

(ஈ) இலத்திரன்கள் புற கம்பியில் anode(–) → cathode(+) பாய்கின்றன. மரபு மின்னோட்டம் (conventional current) இதற்கு நேர்மாறாக நேர்முனையிலிருந்து எதிர்முனைக்குக் குறிக்கப்படுகிறது.

2. துத்தநாகம் (Zn) மற்றும் ஈயம் (Pb) உலோகங்களை நீர்த்த சல்பூரிக் அமிலத்தில் தோய்த்து அமைக்கப்பட்ட மின்கலத்தைக் கருதுக. (தாக்கத்திறன் வரிசை: Zn > Pb)
i. anode, cathode-ஐ அடையாளம் காண்க.
ii. நேர்முனை, எதிர்முனையைக் குறிக்க.
iii. anodic, cathodic அரைத்தாக்கங்களை எழுதுக.
iv. ஒட்சியேற்றம்/ஒட்சிஇறக்கம் எங்கே நிகழ்கிறது?
v. மொத்தக் கலத் தாக்கம்.
vi. மின்முனைகளில் அவதானிக்கக்கூடிய மாற்றங்கள். (10 புள்ளி)

3. (அ) மின்னாற்பகுப்பு (electrolysis) வரையறை + அது மின்கலத்திலிருந்து எவ்வாறு வேறுபடுகிறது. (3)
(ஆ) மின்பகுளி, மின்பகுளியல்லாதன — வரையறை + தலா 2 உதாரணம். (3)
(இ) திண்ம NaCl மின்சாரம் கடத்தாது; ஆனால் உருகிய / நீர்க் NaCl கடத்தும் — ஏன்? (4) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம் — சேர்க்க வேண்டிய புள்ளிகள்:

Electrolysis = மின்சாரம் → இரசாயன மாற்றம்.
மின்கலம் நேர்மாறு (இரசாயனம்→மின்).
Electrolyte = நகரும் அயனிகள்.
உதாரணங்கள்.
திண்மத்தில் அயனிகள் கட்டுண்டுள்ளன.
உருகியோ கரைந்தோ அயனிகள் நகரும்.

(அ) மின்னாற்பகுப்பு (electrolysis): மின்சாரத்தைக் கடத்தும் ஒரு கரைசல்/திரவத்தின் ஊடாக மின்சாரத்தைச் செலுத்தி, பொதுவாகத் தானாக நிகழாத ஒரு இரசாயன மாற்றத்தை விசையாக நிகழ்த்துதல். வேறுபாடு: மின்கலத்தில் இரசாயனம் → மின்சாரம் (தானாக); மின்னாற்பகுப்பில் மின்சாரம் → இரசாயன மாற்றம் (வெளி battery தேவை).

(ஆ) மின்பகுளி (electrolyte): நகரும் அயனிகள் கொண்டு மின்சாரத்தைக் கடத்தும் கரைசல்/திரவம். உதா: NaCl(aq), அமிலமயமாக்கப்பட்ட நீர், உருகிய NaCl, HCl(aq).
மின்பகுளியல்லாதன (non-electrolyte): அயனிகள் இல்லாததால் கடத்தாதன. உதா: தூய நீர், manneண்ணெய் (kerosene), petrol, ethanol.

(இ) திண்ம அயனிப் படிகத்தில் எதிரெதிர் அயனிகள் வலுவான கவர்ச்சியால் கட்டுண்டு கிடப்பதால் நகரும் அயனிகள் இல்லை — எனவே கடத்தாது. ஆனால் NaCl உருகியபோது அல்லது நீரில் கரைந்தபோது Na⁺, Cl⁻ அயனிகள் விடுபட்டு நகர்வுத் தன்மை பெறுகின்றன — எனவே மின்சாரத்தைக் கடத்துகின்றன.

4. (அ) உருகிய NaCl-ஐ carbon மின்முனைகளால் மின்னாற்பகுக்கையில் இரு மின்முனைகளிலும் நிகழும் தாக்கங்கள் + விளைபொருள்கள். (4)
(ஆ) நீர்க் NaCl கரைசலை மின்னாற்பகுக்கையில் விளைபொருள்கள் வேறுபடுவது ஏன்? இரு மின்முனைத் தாக்கங்களும் எழுதுக. (4)
(இ) நீர்க்கரைசலில் எந்த அயனி வெளிப்படும் என்பதை எது தீர்மானிக்கிறது? (2) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம் — சேர்க்க வேண்டிய புள்ளிகள்:

உருகிய: Na⁺+e⁻→Na; 2Cl⁻→Cl₂+2e⁻.
நீர்க்: H⁺ (Na-க்குக் கீழே) reduce → H₂.
anode-ல் Cl₂; NaOH எஞ்சும்.
நீர் H⁺, OH⁻ தருகிறது.
தாக்கத்திறன் வரிசை தீர்மானிக்கிறது.

(அ) உருகிய NaCl (Na⁺, Cl⁻ மட்டுமே):
• cathode (–): Na⁺(l) + e⁻ → Na(l) — சோடியம் உலோகம் உருவாகும்.
• anode (+): 2Cl⁻(l) → Cl₂(g) + 2e⁻ — குளோரின் வாயு வெளிப்படும்.
• மொத்தம்: 2Na⁺(l) + 2Cl⁻(l) → 2Na(l) + Cl₂(g). (Downs கலம்.)

(ஆ) நீர்க் NaCl கரைசல்: கரைசலில் Na⁺, Cl⁻-உடன், நீரின் சொற்ப அயனியாக்கத்தால் H⁺, OH⁻-ம் உள்ளன.
• cathode (–): H, Na-க்குக் கீழே என்பதால் H⁺ reduce ஆகும் — 2H⁺(aq) + 2e⁻ → H₂(g). எனவே சோடியத்துக்குப் பதிலாக H₂.
• anode (+): 2Cl⁻(aq) → Cl₂(g) + 2e⁻ — Cl₂ வெளிப்படும்.
• Na⁺, OH⁻ எஞ்சி கரைசலில் NaOH உருவாகும்.

(இ) நீர் இருப்பதால் கரைசலில் கூடுதலாக H⁺, OH⁻ அயனிகள் சேர்கின்றன; தாக்கத்திறன் வரிசையில் எந்த அயனி எளிதில் வெளிப்படும் என்பதையே விளைபொருளைத் தீர்மானிக்கிறது (cathode-ல் கீழே உள்ள தனிமத்தின் அயனி reduce ஆகும்).

5. ஒரு இரும்புக் கரண்டியின் மீது செப்பு முலாம் பூச வேண்டும்.
i. மின்முலாம் பூசுதல் (electroplating) வரையறை.
ii. anode, cathode, மின்பகுளி — எவை?
iii. இரு மின்முனைத் தாக்கங்களும் எழுதுக.
iv. தரமான முலாமுக்கான நிபந்தனைகள்.
v. மின்முலாம் பூசுதலின் 2 பயன்கள். (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம் — சேர்க்க வேண்டிய புள்ளிகள்:

Electroplating = மெல்லிய உலோகப் படலம் பூசுதல்.
கரண்டி cathode, செப்புத் தகடு anode, CuSO₄ மின்பகுளி.
Cu→Cu²⁺+2e⁻ (anode); Cu²⁺+2e⁻→Cu (cathode).
குறை செறிவு; anode கரைகிறது.
அழகு, துருப்பிடிப்புத் தடை.

i. மின்முலாம் பூசுதல் (electroplating): மின்னாற்பகுப்பைப் பயன்படுத்தி ஒரு பரப்பின் மீது ஒரு மெல்லிய உலோகப் படலத்தைப் படியச் செய்தல்.

ii. cathode (–): பூசப்படும் இரும்புக் கரண்டி. anode (+): பூசும் உலோகமான செப்புத் தகடு. மின்பகுளி: செப்பு சல்பேட் கரைசல் (CuSO₄ aq).

iii. anode: Cu(s) → Cu²⁺(aq) + 2e⁻ (செப்பு anode கரைகிறது).
cathode: Cu²⁺(aq) + 2e⁻ → Cu(s) (கரண்டியின் மீது செப்பு படிகிறது).

iv. தரமான முலாம்: பூசப்படும் பொருளை cathode-ஆகவும், பூசும் உலோகத் தகட்டை anode-ஆகவும், அந்த உலோகத்தின் உப்புக் கரைசலை மின்பகுளியாகவும் பயன்படுத்த வேண்டும். மின்பகுளியின் செறிவு குறைவாக இருந்தால் தாக்க வேகம் குறைந்து முலாம் சீராகப் படியும்.

v. பயன்கள்: (1) கவர்ச்சிநிறம்/பளபளப்புக்கு (நகை, vase, door lock); (2) துருப்பிடிப்புத் தடை, வேதி-மந்தம் (எஃகில் chromium/nickel; இரும்பில் tin).

6. (அ) துருப்பிடித்தல் (rusting) வரையறை + அதற்கு அவசியமான நிபந்தனைகள் (சோதனை விளக்கத்துடன்). (4)
(ஆ) துருப்பிடித்தல் ஒரு மின்னிரசாயன நிகழ்வு — anodic + cathodic தாக்கங்களுடன் விளக்குக; துருவின் சூத்திரம். (3)
(இ) துருப்பிடித்தலைத் தடுக்கும் 3 முறைகள். (3) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம் — சேர்க்க வேண்டிய புள்ளிகள்:

Rusting = இரும்பு/எஃகு அரிப்பு.
ஒட்சிசன் + நீர் அவசியம் (boiling+oil, CaCl₂ சோதனைகள்).
Fe→Fe²⁺+2e⁻ (anode).
2H₂O+O₂+4e⁻→4OH⁻ (cathode).
துரு = Fe₂O₃·xH₂O.
வண்ணப்பூச்சு, tin/Zn முலாம், பலியீட்டுப் பாதுகாப்பு.

(அ) துருப்பிடித்தல் (rusting): இரும்பு/எஃகு காற்றுக்கு வெளிப்பட்டு அரிக்கப்படுவது.
நிபந்தனைகள் — ஒட்சிசன் (காற்று) + நீர் இரண்டும் அவசியம்:
• கொதிக்கவைத்த நீர் + எண்ணெய்ப் படலம் (காற்றில்லை) → ஆணி துருப்பிடிக்கவில்லை; சாதாரண நீர் (காற்றுள்ளது) → துருப்பிடித்தது ⇒ காற்று அவசியம். இரும்புக் கம்பிக் கட்டி சோதனையில் நீர்மட்டம் காற்றின் 1/5 (= ஒட்சிசன்) உயர்ந்தது ⇒ தேவையானது ஒட்சிசன்.
• நீரற்ற CaCl₂ வைத்த குழாயில் (நீராவியில்லை) ஆணி துருப்பிடிக்கவில்லை ⇒ நீரும் அவசியம்.

(ஆ) மின்னிரசாயன நிகழ்வு: இரும்பு ஒட்சியேறுவது anode தாக்கம்; ஒட்சிசன்+நீர் ஒட்சிஇறக்கமடைவது cathode தாக்கம்.
• anode: Fe(s) → Fe²⁺(aq) + 2e⁻
• cathode: 2H₂O(l) + O₂(g) + 4e⁻ → 4OH⁻(aq)
• → Fe(OH)₂; மேற்கொண்டு காற்றுடன் ஒட்சியேறி சிவப்புப்-பழுப்பு நீரேற்ற இரும்பு(III) ஒட்சைட்டு, Fe₂O₃·xH₂O (= துரு) உருவாகிறது.

(இ) தடுப்பு முறைகள்: (1) வண்ணப்பூச்சு/எண்ணெய்/grease பூசுதல் (பாதுகாப்புப் படலம்); (2) தகர/துத்தநாக முலாம் பூசுதல் (galvanizing); (3) பலியீட்டுப் பாதுகாப்பு — அதிக தாக்கத்திறன் உலோகத்தை (Zn/Mg) இணைத்தல்.

7. (அ) பலியீட்டுப் / எதிர்மின்முனைப் பாதுகாப்பு (sacrificial / cathodic protection) — வரையறை + எவ்வாறு செயல்படுகிறது. (3)
(ஆ) இரும்பு Cu-உடன் தொடர்பில் இருந்தால் வேகமாகவும், Zn/Mg-உடன் இருந்தால் மெதுவாகவும் துருப்பிடிப்பது ஏன்? (3)
(இ) tin முலாமும் galvanizing-ம் கீறப்பட்டால் வேறுபாடு என்ன? காரணம். (4) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம் — சேர்க்க வேண்டிய புள்ளிகள்:

Sacrificial = இரும்பை cathode ஆக்கிக் காத்தல்.
அதிக தாக்கத்திறன் உலோகம் anode ஆகி பலியாகும்.
Cu கீழே → இரும்பு anode → வேகம்.
Zn/Mg மேலே → இரும்பு cathode → பாதுகாப்பு.
tin கீறல் → இரும்பு துரு; Zn கீறல் → துருப்பிடிக்காது.
தாக்கத்திறன் வரிசை வேறுபாடு.

(அ) பலியீட்டுப் பாதுகாப்பு: இரும்பை ஒரு மின்கலத்தின் எதிர்மின்முனையாக (cathode) ஆக்கி அரிப்பிலிருந்து பாதுகாத்தல். இரும்பை விட அதிக தாக்கத்திறன் கொண்ட உலோகத்தை (Zn, Mg) இரும்புடன் தொடர்பில் வைத்தால் அந்த உலோகமே anode ஆகி "பலியாகி" அரிக்கப்படும்; இரும்பு பாதுகாக்கப்படும். (எ.கா. galvanized கூரைத் தகடு; கப்பல் உடலில் Zn/Mg கட்டிகள்.)

(ஆ) தாக்கத்திறன் வரிசையில் Cu, இரும்புக்குக் கீழே. எனவே Cu-உடன் தொடர்பில் இரும்பே anode ஆகி (Fe → Fe²⁺ + 2e⁻) இன்னும் வேகமாக அரிக்கப்படும். ஆனால் Zn/Mg இரும்புக்கு மேலே — அவையே anode ஆகி பலியாவதால் இரும்பு cathode ஆகிப் பாதுகாக்கப்படும், அரிப்பு மெதுவாகும்.

(இ) tin முலாம் கீறப்பட்டால்: tin (Sn) இரும்புக்குக் கீழே என்பதால், கீறலில் வெளிப்படும் இரும்பே anode ஆகி வேகமாகத் துருப்பிடிக்கும். galvanized (Zn) இரும்பு கீறப்பட்டாலும்: Zn இரும்புக்கு மேலே என்பதால் Zn-ஏ anode ஆகி பலியாகும்; இரும்பு cathode ஆகிக் காக்கப்படும் — எனவே துருப்பிடிக்காது. இதுவே galvanizing-ன் சிறப்பு.

🔥 மீட்டல் மையம்

பரீட்சைக்கு முன் இறுதி ஒரு நிமிடம் — மறக்கக்கூடாதவை மட்டும்.

மின்கலம் (cell): இரசாயன ஆற்றல் → மின்னாற்றல். மின்னாற்பகுப்பு: மின்னாற்றல் → இரசாயன மாற்றம்.
Anode (–): ஒட்சியேற்றம் (oxidation). Cathode (+): ஒட்சிஇறக்கம் (reduction). நினை: "An Ox", "Red Cat".
எளிய கலம்: தாக்கத்திறன் வரிசையில் மேலே உள்ள உலோகம் = anode (கரையும்); கீழே உள்ளது = cathode.
இலத்திரன்: கம்பியில் anode→cathode. மரபு மின்னோட்டம்: நேர்மாறு.
மின்பகுளி: நகரும் அயனிகள் கொண்டது (NaCl aq, உருகிய NaCl, அமில/மூலக் கரைசல்). திண்ம NaCl, தூய நீர், kerosene — கடத்தாது.
உருகிய NaCl: cathode → Na; anode → Cl₂. நீர்க் NaCl: cathode → H₂; anode → Cl₂; NaOH எஞ்சும்.
நீர்க் CuSO₄: cathode → Cu படிகிறது (நீலம் குறையும்); anode (carbon) → O₂. நீர்: 2H₂O → 2H₂ + O₂ (2:1).
Electroplating: பூசப்படும் பொருள் = cathode; பூசும் உலோகம் = anode; உப்புக் கரைசல் = மின்பகுளி.
துருப்பிடித்தல்: ஒட்சிசன் + நீர் இரண்டும் அவசியம். துரு = Fe₂O₃·xH₂O (சிவப்புப்-பழுப்பு).
விரைவுபடுத்துவன: உப்பு (NaCl), அமிலம். குறைப்பது: மூலம் (NaOH).
தடுப்பு: வண்ணப்பூச்சு/எண்ணெய், tin முலாம், galvanizing (Zn), பலியீட்டுப் பாதுகாப்பு.
Sacrificial protection: அதிக தாக்கத்திறன் உலோகம் (Zn/Mg) anode ஆகி பலியாகும்; இரும்பு cathode ஆகிக் காக்கப்படும்.

அலகின் முதுகெலும்பு — கருத்துக்களும் தொடர்புகளும்.

1. மின்கலம் (electrochemical cell): தானாக நிகழும் இரசாயனத் தாக்கம் → மின்சாரம். Zn–Cu (H₂SO₄): Zn anode, Cu cathode.
2. அரைத்தாக்கங்கள்: Zn → Zn²⁺ + 2e⁻ (oxidation, anode); 2H⁺ + 2e⁻ → H₂ (reduction, cathode). மொத்தம்: Zn + 2H⁺ → Zn²⁺ + H₂.
3. முனை விதிகள்: அதிக தாக்கத்திறன் = anode = (–) = oxidation = கரையும். குறை தாக்கத்திறன் = cathode = (+) = reduction = வாயு.
4. Fe–Cu: Fe anode (மேலே). Zn–Fe: Zn anode. பொது: தாக்கத்திறன் வரிசையில் மேலே உள்ளது எப்போதும் anode.
5. மின்னாற்பகுப்பு: மின்சாரம் → தானாக நிகழாத இரசாயன மாற்றம். battery நேர்முனை → anode (oxidation); எதிர்முனை → cathode (reduction).
6. மின்பகுளி/அல்லாதன: நகரும் அயனிகள் இருந்தால் கடத்தும். திண்ம அயனிப் படிகம் கடத்தாது; உருகியோ கரைந்தோ கடத்தும். சகப்பிணைப்பு (petrol, தூய நீர்) கடத்தாது.
7. வெளிப்பாட்டு விதி: cathode-ல் தாக்கத்திறன் வரிசையில் கீழே உள்ள தனிமத்தின் அயனி reduce ஆகும் (Na⁺ vs H⁺ → H⁺; Cu²⁺ vs H⁺ → Cu²⁺).
8. உருகிய NaCl (Downs): cathode Na⁺+e⁻→Na; anode 2Cl⁻→Cl₂+2e⁻. CaCl₂ சேர்த்து உருகுவெப்பநிலை 840→600°C; steel diaphragm; Cl₂ by-product.
9. நீர்க் NaCl: cathode → H₂ (H, Na-க்குக் கீழே); anode → Cl₂; NaOH எஞ்சும். நீர்க் CuSO₄: cathode → Cu (நீலம் குறையும்); carbon anode → O₂.
10. நீர் மின்னாற்பகுப்பு: 2H₂O → 2H₂ + O₂. cathode வாயு (H₂) கனவளவு anode (O₂)-ஐ விட இருமடங்கு.
11. Electroplating: பூசப்படும் பொருள் cathode; பூசும் உலோகம் anode (கரைகிறது); உப்புக் கரைசல் மின்பகுளி. குறைச் செறிவு → சீரான முலாம். எ.கா. Cu: anode Cu→Cu²⁺+2e⁻; cathode Cu²⁺+2e⁻→Cu.
12. தொழிற்துறைப் பயன்: உலோகப் பிரித்தெடுத்தல் (Na, Al), சுத்திகரிப்பு (Cu), electroplating, NaOH உற்பத்தி.
13. துருப்பிடித்தல் நிபந்தனை: ஒட்சிசன் (காற்று) + நீர் — இரண்டும் அவசியம் (boiling+oil; iron wool 1/5; CaCl₂ சோதனைகள்).
14. துரு — மின்னிரசாயனம்: anode Fe→Fe²⁺+2e⁻; cathode 2H₂O+O₂+4e⁻→4OH⁻ → Fe(OH)₂ → Fe₂O₃·xH₂O (சிவப்புப்-பழுப்பு).
15. காரணிகள்: உப்பு (கடற்கரை), அமிலம் → விரைவு. மூலம் (NaOH) → குறைப்பு.
16. பாதுகாப்பு: வண்ணப்பூச்சு/grease, tin முலாம், galvanizing (Zn). பலியீட்டுப் பாதுகாப்பு: Zn/Mg anode ஆகி பலியாகி இரும்பை cathode ஆக்கிக் காக்கும் (கப்பல், GI குழாய்).

பரீட்சைக்கு முந்தின இரவு முழு அலகையும் ஓட்டிப் பார்.

⭐ இரு திசை: மின்கலம் = இரசாயனம்→மின்சாரம் (தானாக). மின்னாற்பகுப்பு = மின்சாரம்→இரசாயனம் (battery தேவை). இவ்விரண்டையும் குழப்பாதே.
⭐ முனை அட்டவணை மனனம்: anode = ஒட்சியேற்றம் = (–) [மின்கலத்தில்] = அதிக தாக்கத்திறன் = கரையும். cathode = ஒட்சிஇறக்கம் = (+) = குறை தாக்கத்திறன்.
⚠ இலத்திரன் vs மரபு மின்னோட்டம்: இலத்திரன் anode→cathode; மரபு மின்னோட்டம் நேர்மாறு (நேர்→எதிர் முனை). கேள்விகளில் அடிக்கடி குழப்பும்.
⭐ தாக்கத்திறன் வரிசை = master key: எளிய கலத்தில் anode யார்? — மேலே உள்ளது. நீர்க்கரைசலில் cathode-ல் எது வெளிப்படும்? — கீழே உள்ள தனிமத்தின் அயனி.
⭐ உருகிய vs நீர்க் NaCl: உருகிய → Na + Cl₂. நீர்க் → H₂ + Cl₂ + NaOH. வித்தியாசம்: நீர் H⁺/OH⁻ தருகிறது; H⁺ (Na-க்குக் கீழே) reduce ஆகும்.
⚠ CuSO₄ + carbon anode: anode-ல் O₂ (OH⁻ ஒட்சியேறும்); cathode-ல் Cu படிகிறது; நீலம் குறையும். ஆனால் electroplating-ல் உலோக anode கரைகிறது (Cu→Cu²⁺) — இவை வேறு.
⭐ Electroplating 3-நிலை: பொருள்=cathode, பூசும் உலோகம்=anode, உப்புக் கரைசல்=மின்பகுளி. (இரும்புக் கரண்டியில் Cu: anode செப்பு, cathode கரண்டி, CuSO₄.)
⭐ துருப்பிடித்தல் = ஒட்சிசன் + நீர் (இரண்டும் கட்டாயம்). 3 சோதனைகள் தெரிந்திரு: boiling+oil (காற்று), iron wool 1/5 (ஒட்சிசன்), CaCl₂ (நீர்).
📋 துரு சமன்பாடுகள் + சூத்திரம்: anode Fe→Fe²⁺+2e⁻; cathode 2H₂O+O₂+4e⁻→4OH⁻; துரு = Fe₂O₃·xH₂O. உப்பு/அமிலம் விரைவு; மூலம் குறைப்பு.
⚠ tin vs galvanizing கீறல்: tin கீறல் → இரும்பு துரு (Sn கீழே, இரும்பே anode). Zn கீறல் → துருப்பிடிக்காது (Zn மேலே, Zn பலியாகும்). தேர்வுக் கேள்வி favourite!

📝 மேலும் பயிற்சி