ஒரு இரசாயனத் தாக்கத்தின் மூலம் மின்சாரத்தை உருவாக்கப் பயன்படும் அமைப்பே மின்வேதியணு / மின்கலம் (electrochemical cell) எனப்படும். கரைசலில் (மின்பகுளியில்) தோய்த்து வைக்கப்பட்ட, மின்சாரத்தைக் கடத்தும் கம்பிகள்/தகடுகள் மின்முனைகள் (electrodes) எனப்படும். இவற்றில் சேமிக்கப்பட்ட இரசாயன ஆற்றல் ஒரு இரசாயனத் தாக்கத்தின் மூலம் மின்னாற்றலாக மாற்றப்படுகின்றது — பொம்மைக் கார், torch, கணிப்பான், கைபேசி இயக்கும் cell-கள் இதன் எடுத்துக்காட்டுகள்.
ஒரு துத்தநாகத் தகடை நீர்த்த சல்பூரிக் அமிலத்தில் (dilute H₂SO₄) வைத்தால், தகட்டுக்கு அருகில் வாயுக் குமிழ்கள் வெளிப்பட்டு, தகடு படிப்படியாகக் கரையும். துத்தநாக அணுக்கள் (Zn) தம் மீது இலத்திரன்களை விட்டுவிட்டு துத்தநாக அயனிகளாக (Zn²⁺) கரைசலுக்குச் செல்கின்றன; இலத்திரன்கள் தகட்டின் மீது குவிகின்றன.
ஒரு பொருளிலிருந்து இலத்திரன்களை நீக்குதல்/சேர்த்தல் மூலம் ஒரு வேதிப்பொருளை இன்னொன்றாக மாற்றும் இத்தகைய தாக்கங்கள் அரைத்தாக்கங்கள் (half reactions) எனப்படும். துத்தநாகத் தகடு மட்டும் இருந்தபோது இலத்திரன் பரிமாற்றம் தகட்டிலேயே நடந்தது; அதை ஒரு புற கடத்தி வழியாக நடக்கச் செய்தால் மின்னோட்டத்தைப் பெறலாம் — ஒரு துத்தநாகத் தகடும் ஒரு செப்புத் தகடும் ammeter ஊடாக இணைக்கப்பட்டு அமிலத்தில் தோய்க்கப்பட்டால், ammeter முள் விலகும், துத்தநாகத் தகடு கரையும், வாயுக் குமிழ்கள் செப்புத் தகட்டில் வெளிப்படும்.
துத்தநாகத் தகட்டில் நிகழ்வது Zn(s) → Zn²⁺(aq) + 2e⁻ — ஒரு பொருளிலிருந்து இலத்திரன்கள் இழக்கப்படுதல் ஒட்சியேற்றம் (oxidation) எனப்படும். ஒட்சியேற்றம் நிகழும் மின்முனை நேர்மின்முனை (anode); அணுக்கள் இலத்திரன்களை விட்டுச் செல்வதால் இது எதிர்மின்னூட்டம் பெற்று கலத்தின் எதிர்முனை (−) ஆகின்றது. செப்புத் தகட்டில் நிகழ்வது 2H⁺(aq) + 2e⁻ → H₂(g) — இலத்திரன்களைப் பெறுதல் ஒட்சிஇறக்கம் (reduction) எனப்படும். ஒட்சிஇறக்கம் நிகழும் மின்முனை எதிர்மின்முனை (cathode); இலத்திரன்கள் அதை நோக்கிப் பாய்வதால் இது நேர்முனை (+) ஆகின்றது.
| தீர்மானிக்கும் விதி | நேர்மின்முனை (anode) | எதிர்மின்முனை (cathode) |
|---|---|---|
| தாக்கத்திறன் வரிசை | மேலே உள்ள (அதிக தாக்கத்திறன்) உலோகம் | கீழே உள்ள (குறை தாக்கத்திறன்) உலோகம் |
| தாக்க வகை | ஒட்சியேற்றம் | ஒட்சிஇறக்கம் |
| முனை | எதிர்முனை (−) | நேர்முனை (+) |
| உலோகம் | கரைகிறது / அழிகிறது | பாதுகாக்கப்படுகிறது; வாயு வெளிப்படும் |
தாக்கத்திறன் வரிசையில் இரும்பு செப்புக்கு மேல் இருப்பதால், இரும்பு–செப்பு கலத்தில் இரும்பே ஒட்சியேற்றமடைந்து நேர்மின்முனையாகும் (Fe(s)→Fe²⁺+2e⁻); செப்பு எதிர்மின்முனை. அதேபோல் துத்தநாகம் இரும்புக்கு மேல் இருப்பதால், துத்தநாகம்–இரும்பு கலத்தில் துத்தநாகம் நேர்மின்முனை (கரையும்); இரும்பு எதிர்மின்முனை (வாயுக் குமிழ்கள்). பொதுச் சூத்திரம்: இரு வேறு உலோகங்களை ஒரு அமிலக் கரைசலில் தோய்த்து இணைத்தால் ஒரு எளிய மின்கலம் கிடைக்கும் — தாக்கத்திறன் வரிசையில் மேலே இருப்பது anode; கீழே இருப்பது cathode. இதுவே torch cell, கார் பேட்டரி போன்றவற்றின் அடிப்படை.
மின்கலத்தில் இரசாயனம் → மின்சாரம். நேர்மாறாக, மின்சாரத்தைக் கடத்தும் ஒரு கரைசல்/திரவத்தின் ஊடாக மின்சாரத்தைச் செலுத்தி, பொதுவாகத் தானாக நிகழாத ஒரு இரசாயன மாற்றத்தை விசையாக நிகழ்த்துவதே மின்னாற்பகுப்பு (electrolysis); இந்த அமைப்பு மின்னாற்பகுப்புக் கலம் எனப்படும். Carbon மின்முனைகளை வெவ்வேறு திரவங்களில் தோய்த்துச் சோதித்தபோது, அமிலமயமாக்கப்பட்ட நீர் மற்றும் உப்புக் கரைசல் பயன்படுத்தியபோது மட்டுமே ammeter விலகல் காணப்பட்டது — அவை மட்டுமே மின்சாரத்தைக் கடத்தின. மின்சாரத்தைக் கடத்தும் திரவங்கள் மின்பகுளிகள் (electrolytes) — அவற்றில் நகரும் அயனிகள் (mobile ions) இருக்கின்றன.
| மின்பகுளிகள் (கடத்தும்) | மின்பகுளியல்லாதன (கடத்தாதன) |
|---|---|
| அயனிச் சேர்வைகளின் நீர்க்கரைசல் — NaCl(aq), CuSO₄(aq) | தூய நீர் |
| உருகிய அயனிச் சேர்வைகள் — உருகிய NaCl | கரிமத் திரவங்கள் — petrol, மண்ணெண்ணெய் |
| அமிலக் கரைசல்கள் — HCl(aq), H₂SO₄(aq) | எத்தனோல் |
திண்ம அயனிப் படிகங்களில் அயனிகள் கட்டுண்டு கிடப்பதால் அவை மின்சாரத்தைக் கடத்தாது; நீரில் கரைந்தபோது அல்லது உருகியபோது அயனிகள் நகர்வுத் தன்மை பெறுவதால் கடத்துகின்றன. Petrol/kerosene சகப்பிணைப்புச் சேர்வைகள் — அயனிகள் இல்லை; தூய நீரும் சகப்பிணைப்புப் பொருளே, அயனிகள் மிகச் சொற்பம் — எனவே கடத்தாது.
மின்னாற்பகுப்புக் கலத்தில் battery-ன் நேர்முனையுடன் இணைந்தது நேர்மின்முனை (anode); எதிர்முனையுடன் இணைந்தது எதிர்மின்முனை (cathode). கரைசலில் நேர் அயனிகள் (cations) cathode-ஐ நோக்கி நகர்ந்து இலத்திரன்களைப் பெற்று ஒட்சிஇறக்கமடைகின்றன — பல நேர் அயனிகள் இருந்தால், தாக்கத்திறன் வரிசையில் கீழே உள்ள தனிமத்தின் அயனிக்கே ஒட்சிஇறக்கமடையும் வாய்ப்பு அதிகம் (எ.கா. Na⁺, H⁺ இருந்தால் H⁺; Cu²⁺, H⁺ இருந்தால் Cu²⁺). கரைசலில் எதிர் அயனிகள் (anions) anode-ஐ நோக்கி நகர்ந்து இலத்திரன்களை இழந்து ஒட்சியேற்றமடைகின்றன (எ.கா. 2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻). Platinum தவிர்ந்த உலோகம் anode-ஆகப் பயன்படுத்தப்பட்டால், எதிர் அயனிக்குப் பதிலாக அந்த உலோக அணுக்களே ஒட்சியேற்றமடைந்து கரையும் (எ.கா. Ag(s) → Ag⁺(aq) + e⁻).
உருகிய (fused) சோடியம் குளோரைட்டில் Na⁺ மற்றும் Cl⁻ அயனிகள் மட்டுமே உள்ளன (நீர் இல்லை); Carbon மின்முனைகள் பயன்படுத்தப்பட்டால்:
இதுவே சோடியம் உலோகத்தைத் தொழிற்துறையில் பிரித்தெடுக்கப் பயன்படும் Downs கலத்தின் தாக்கம். திண்ம NaCl-ன் உருகுவெப்பநிலை 840°C — மிக உயர்வு; சுமார் 40% கல்சியம் குளோரைட்டைச் சேர்த்தால் கலவையின் உருகுவெப்பநிலை சுமார் 600°C ஆகக் குறையும். anode-ல் உருவாகும் Cl₂, cathode-ல் கிடைக்கும் Na-உடன் மீண்டும் சேராமல் இருக்க இரு முனைகளும் ஒரு எஃகு வலைத் தடுப்பால் பிரிக்கப்படுகின்றன; Cl₂ ஒரு பயனுள்ள இடைவிளைபொருளாகக் கிடைக்கின்றது.
நீர்க்கரைசலில் சேர்வையின் அயனிகளுடன், நீரின் சொற்ப அயனியாக்கத்தால் ஏற்படும் H⁺, OH⁻ அயனிகளும் இருப்பதால், தாக்கத்திறன் வரிசை எந்த அயனி வெளிப்படும் எனத் தீர்மானிக்கின்றது.
| மின்பகுளி | Cathode | Anode |
|---|---|---|
| நீர்க் NaCl கரைசல் | H₂ வாயு | Cl₂ வாயு (கரைசலில் NaOH மிகும்) |
| நீர்க் CuSO₄ கரைசல் | Cu படியும் (நீலநிறம் குறையும்) | O₂ வாயு |
| அமிலமயமாக்கிய நீர் | H₂ வாயு (2× கனவளவு) | O₂ வாயு |
தொழிற்துறைப் பயன்பாடுகள்: உலோகங்களைப் பிரித்தெடுத்தல் — உருகிய NaCl-ஐ மின்னாற்பகுத்துச் சோடியம்; bauxite-ஐ மின்னாற்பகுத்து அலுமினியம். உலோகச் சுத்திகரிப்பு — தாதுவிலிருந்து கிடைக்கும் அசுத்தச் செப்பு மின்னாற்பகுப்பால் தூய்மைப்படுத்தப்படுகின்றது. தொழிற்துறை NaOH உற்பத்தி. சோடியம் — மஞ்சள் ஒளி தரும் sodium vapour lamp, அணுஉலையில் குளிரூட்டி; குளோரின் — குடிநீர் கிருமி நீக்கம், காகிதம்/துணி வெளுத்தல், HCl உற்பத்தி, PVC போன்ற plastic.
ஒரு குறிப்பிட்ட பரப்பின் மீது மின்னாற்பகுப்பால் ஒரு மெல்லிய உலோகப் படலத்தைப் பூசுவதே மின்முலாம் பூசுதல் (electroplating) — tin, செப்பு, வெள்ளி, chromium போன்ற குறை-தாக்கத்திறன் உலோகங்கள் துருப்பிடிப்புத் தடை, கவர்ச்சிநிறம், பளபளப்பு ஆகியவற்றுக்காகப் பூசப்படுகின்றன.
ஒரு இரும்புக் கரண்டியின் மீது செப்பைப் பூச வேண்டுமெனில்: பூசப்படும் பொருள் (கரண்டி) → எதிர்மின்முனை (cathode); பூசும் உலோகத் தகடு (செப்புத் தகடு) → நேர்மின்முனை (anode); மின்பகுளி → செப்பு சல்பேட் கரைசல் (CuSO₄ aq).
இங்கே anode செப்பு உலோகம் என்பதால், OH⁻ ஒட்சியேற்றமடைவதற்குப் பதிலாக உலோக அணுக்களே ஒட்சியேற்றமடைந்து anode படிப்படியாகக் கரையும். தரமான முலாமுக்கு மின்பகுளியின் செறிவு குறைவாக இருப்பது நல்லது — அப்போது தாக்க வேகம் குறைந்து முலாம் சீராகப் படியும்.
காற்றுக்கு வெளிப்பட்டபோது உலோகம் மங்குதல்/சிதைதல் ஏற்படுவதே உலோக அரிப்பு (corrosion). இரும்பு/எஃகு காற்றுக்கு வெளிப்பட்டு அரிக்கப்படுவது குறிப்பாக துருப்பிடித்தல் (rusting) எனப்படும். நிபந்தனைச் சோதனைகள்: காய்ச்சிய நீர் (கரைந்த காற்று நீக்கப்பட்டு) + எண்ணெய் அடுக்கு போட்ட குழாயில் ஆணி துருப்பிடிக்கவில்லை — காற்று அவசியம் என உறுதியானது. ஈரமான இரும்புக் கம்பிக் கட்டி தலைகீழாக நீர் தொட்டியில் வைக்கப்பட்டபோது, குழாயினுள் நீர்மட்டம் காற்றின் 1/5 பகுதி அளவு உயர்ந்தது — காற்றின் 1/5 கனவளவே ஒட்சிசன், எனவே அதுவே தேவையானது. நீரற்ற கல்சியம் குளோரைட் வைத்து நீராவி நீக்கப்பட்ட குழாயில் ஆணிகள் துருப்பிடிக்கவில்லை — நீரும் அவசியம். முடிவாக, இரும்பு துருப்பிடிக்க ஒட்சிசனும் நீரும் இரண்டுமே அவசியம்; ஏதேனும் ஒன்று இல்லாவிட்டாலும் துருப்பிடித்தல் நிகழாது.
துருப்பிடித்தலும் மின்கலத்தைப் போன்ற ஒரு மின்னிரசாயன நிகழ்வே — இரும்பு அணுக்கள் இலத்திரன்களை இழந்து ஒட்சியேற்றமடைகின்றன (anode தாக்கம்); ஒட்சிசனும் நீரும் சேர்ந்து இலத்திரன்களைப் பெற்று ஒட்சிஇறக்கமடைகின்றன (cathode தாக்கம்).
| காரணி | விளைவு | உதாரணம் |
|---|---|---|
| அமிலம் | விரைவுபடுத்தும் | எலுமிச்சை சாறு/HCl பட்ட கத்தி விரைவில் துரு |
| உப்பு (NaCl) | விரைவுபடுத்தும் | கடற்கரைப் பகுதிகளில் விரைவில் துரு |
| மூலம் (NaOH) | குறைக்கும் | NaOH கரைசலில் ஆணி அதிகம் துருப்பிடிக்காது |
இரும்பை ஒட்சிசன், நீர் இரண்டையும் தொடாமல் வைத்தால் துருப்பிடித்தலைத் தடுக்கலாம். வண்ணப்பூச்சு/எண்ணெய்/grease பூசுதல் ஒரு பாதுகாப்புப் படலமாகச் செயல்பட்டு ஒட்சிசன், நீரைத் தடுக்கின்றது; தகர முலாம் பூசுதலும் (tin coating) இதே வழிமுறை. Galvanizing (துத்தநாக முலாம்) — இரும்பின் மீது துத்தநாகம் பூசுதல் — bucket, கம்பி வேலி, கூரைத் தகடு, GI குழாய்க்குப் பயன்படுகின்றது.
பலியீட்டுப் பாதுகாப்பு (sacrificial / cathodic protection): இரும்பை ஒரு மின்கலத்தின் எதிர்மின்முனையாக (cathode) ஆக்கி அரிப்பிலிருந்து பாதுகாப்பதே இம்முறை. இரும்பை விட அதிக தாக்கத்திறன் கொண்ட ஒரு உலோகத்தை (Mg, Zn) இரும்புடன் தொடர்பில் வைத்தால் அந்த உலோகமே anode ஆகி "பலியாகி" அரிக்கப்படும்; இரும்பு பாதுகாக்கப்படும். கடலில் செல்லும் கப்பல்களின் உடலில் Mg/Zn கட்டிகளைப் பற்றவைப்பது இதன் பயன்பாடு — இக்கட்டிகள் அவ்வப்போது அரிக்கப்படுவதால் மாற்றப்பட வேண்டும்.