جڏهن اليڪٽرروڪيميڪل رد عمل ٿئي ٿو؟

اليڪٽرروڪيميڪل رد عمل تڏهن ٿئي ٿو جڏهن ڪيميائي توانائي برقي توانائي ۾ تبديل ٿئي ٿي يا ان جي برعڪس اليڪٽران جي منتقلي ذريعي اليڪٽروڊ ۽ اليڪٽرولائيٽ جي وچ ۾ انٽرفيس تي. اهي رد عمل ڪنهن به سرشتي ۾ ٿين ٿا جتي هڪ برقي ڪرنٽ کي ڪيميائي تبديلي هلائي ٿو يا جتي ڪيميائي رد عمل بجلي پيدا ڪري ٿو.

Electrochemical Reactions

اليڪٽرروڪيميڪل رد عمل جي ضرورت آهي ٽن بنيادي عنصرن کي گڏجي ڪم ڪرڻ. هڪ اليڪٽران موصل اليڪٽرروڊ طور ڪم ڪري ٿو جتي ردعمل سطح تي ٿئي ٿي. هڪ ionic conductor-عام طور تي هڪ اليڪٽرولائٽ محلول جنهن ۾ تحلیل ٿيل آئنز شامل آهن- چارج کي اليڪٽروڊس جي وچ ۾ وهڻ جي اجازت ڏئي ٿو. هڪ مڪمل سرڪٽ انهن حصن کي ڳنڍيندو آهي، ٻاهرين رستي ذريعي اليڪٽران جي حرڪت کي چالو ڪري ٿو.

ردعمل خاص طور تي اليڪٽرروڊ-اليڪٽرولائيٽ انٽرفيس تي ٿئي ٿو، ڪنڊڪٽر جي مٿاڇري کان صرف چند اينگسٽروم اندر. اهو تنگ ردعمل زون موجود آهي ڇاڪاڻ ته اليڪٽران صرف برقي ڪنڊڪٽرن جهڙوڪ ڌاتو ۾ موبائل رهندا آهن، جڏهن ته آئنز اليڪٽرولائٽ ذريعي چارج ڪندا آهن.

Galvanic Cells ظاهر ڪن ٿا الیکٹرو ڪيميڪل رد عمل جيڪو خود بخود ٿئي ٿو بجلي پيدا ڪرڻ لاءِ. انهن سسٽم ۾، آڪسائيڊشن انوڊ تي ٿيندي آهي جڏهن ته ڪيٿوڊ تي گهٽتائي ٿيندي آهي. انهن ٻن اڌ- رد عمل جي وچ ۾ ڪيميائي امڪاني فرق خارجي سرڪٽ ذريعي اليڪٽرانن کي هلائي ٿو.

بيٽري ڊسچارج هن غير معمولي عمل کي مثال ڏئي ٿو. جڏهن توهان فورڪليٽ بيٽري استعمال ڪندا آهيو، اليڪٽرروڊ مواد جي وچ ۾ ڪيميائي رد عمل ۽ اليڪٽرولائٽ ريليز اليڪٽران جيڪي موٽر کي طاقت ڏين ٿا. ليڊ-اسيڊ ويرينٽ استعمال ڪن ٿا ليڊ ڊاءِ آڪسائيڊ ۽ اسپنج ليڊ پليٽس جيڪي سلفورڪ ايسڊ ۾ وسرجن، اليڪٽرڪ ڪيميڪل رد عمل سان گڏ ٿيل ڪيميائي توانائي کي ليٽڻ جي عملن لاءِ گهربل بجليءَ ۾ تبديل ڪري ٿو.

دانييل سيل اصول کي واضح طور تي بيان ڪري ٿو. زنڪ ڌاتو هڪ اليڪٽرروڊ تي آڪسائيڊ ڪري ٿو، اليڪٽرانن کي آزاد ڪري ٿو جيڪو هڪ تار ذريعي وهندو آهي ته ٻئي اليڪٽرروڊ تي ٽامي آئن کي گهٽائڻ لاء. هي اليڪٽران جو وهڪرو برقي ڪرنٽ ٺاهيندو آهي، جاري رهندو جيستائين ريڪٽرز ختم نه ٿي وڃن يا سسٽم توازن تائين پهچي وڃي.

اليڪٽرولائيٽڪ سيلز سامهون واري منظرنامي جي نمائندگي ڪن ٿا-برقي ڪيميائي رد عمل جيڪي پاڻمرادو نه ٿين ٿا پر اڳتي وڌڻ لاءِ لاڳو ٿيل وولٽيج جي ضرورت آهي. خارجي برقي توانائي غير-خودڪار ڪيميائي تبديلين تي زور ڏئي ٿي.

هڪ ريچارجبل بيٽري کي چارج ڪرڻ هن اصول کي ظاهر ڪري ٿو. جڏهن توهان هڪ ليڊ-بيٽري کي چارجر سان ڳنڍيندا آهيو، لاڳو ٿيل وولٽيج خارج ٿيڻ واري رد عمل کي رد ڪري ٿو. ليڊ سلفيٽ واپس ليڊ ڊاءِ آڪسائيڊ ۽ اسپنج ليڊ ۾ بدلجي ٿو، جڏهن ته سلفورڪ ايسڊ جو ڪنسنٽريشن اليڪٽرولائيٽ ۾ وڌي ٿو. برقي توانائي جي ان پٽ کي ڪيميائي صلاحيت کي ٻيهر تعمير ڪري ٿو جيڪو بعد ۾ توهان جي سامان کي طاقت ڏيندو.

پاڻي electrolysis هڪ ٻيو واضح مثال مهيا ڪري. پاڻي ۾ غرق ٿيل اليڪٽروڊس تي ڪافي وولٽيج لاڳو ڪرڻ H₂O ماليڪيولز کي هائڊروجن ۽ آڪسيجن گيسس ۾ ورهائي ٿو. گھربل وولٹیج کي آڪسائيڊشن ۽ ريڊڪشن اڌ- رد عمل جي وچ ۾ ڪيميائي امڪاني فرق کان وڌيڪ هجڻ گھرجي.

صنعتي electroplating هن جبري رد عمل ميڪانيزم تي ڀاڙي ٿو. اليڪٽرڪ ڪرنٽ دھات جي آئن کي حل مان هلائيندڙ شئي تي هلائي ٿو، هڪ اليڪٽرڪ ڪيميڪل پروسيس ذريعي حفاظتي يا آرائشي ڪوٽنگ ٺاهي ٿو جيڪو لاڳو ٿيل توانائي کانسواءِ نه ٿيندو.

اليڪٽرروڪيميڪل رد عمل اهم درجه حرارت جي حساسيت ڏيکاري ٿو. گهڻيون بيٽريون 0 درجا ۽ 45 درجا جي وچ ۾ بهتر طور تي ڪم ڪن ٿيون، ڪارڪردگي هن حد کان ٻاهر خراب ٿيڻ سان. ٿڌي گرمي پد اندروني مزاحمت وڌائي ٿي، اليڪٽرولائٽ ذريعي آئن جي حرڪت کي سست ڪري ٿو ۽ بجلي جي پيداوار کي گھٽائي ٿو. هڪ ليڊ-بيٽري 50% ظرفيت وڃائي ٿي -20 درجا تي، جڏهن ته ليٿيم آئن بيٽري بهتر ڪارڪردگي برقرار رکندي آهي صرف 20% ظرفيت جي نقصان سان ساڳئي گرمي پد تي.

گرمي ڪيميائي تباهي کي تيز ڪري ٿي پر محفوظ حدن اندر رد عمل جي ڪينيٽيڪس کي پڻ تيز ڪري سگهي ٿي. جڏهن ته، 60 درجا کان وڌيڪ گرمي پد ليٿيم بيٽرين ۾ تھرمل رنڊڪ کي خطرو ڪري ٿو، جتي خارجي رد عمل پاڻ- برقرار ۽ خطرناڪ بڻجي وڃن ٿا. گرمي پد-انحصار فطرت جو مطلب آهي اليڪٽررو ڪيميڪل رد عمل وڌيڪ آسانيءَ سان اعتدال پسند گرمي پد تي ٿئي ٿو جتي آئن موبليٽي وڌيڪ رهي ٿي بغير سڙڻ جي.

اليڪٽرولائيٽ ڪنسنٽريشن رد عمل جي شرح کي خاص طور تي متاثر ڪري ٿو. ليڊ- تيزابي بيٽرين ۾، سلفورڪ ايسڊ جي مخصوص ڪشش ثقل ڊسچارج دوران تبديل ٿي ويندي آهي، جڏهن مڪمل طور تي چارج ٿيڻ تي 1.27 کان گهٽجي 1.10 کان گهٽ ٿي ويندي آهي. اهو گهٽجڻ اليڪٽرڪ ڪيميائي رد عمل کي سست ڪري ٿو جيستائين موثر اليڪٽران جي منتقلي لاءِ ڪافي تيزاب نه رهي.

Electrochemical Reactions

اليڪٽرروڪيميڪل رد عمل تڏهن ٿئي ٿو جڏهن سسٽم وٽ ڪافي برقي صلاحيت هوندي آهي ته اليڪٽران جي منتقلي کي هلائڻ لاءِ. نرنسٽ مساوات هن رشتي کي مقدار ڏئي ٿي، ڏيکاري ٿو ته سيل جي صلاحيت جو دارومدار ريڪٽر ڪنسنٽريشن، درجه حرارت، ۽ مواد جي معياري اليڪٽرروڊ صلاحيت تي آهي.

معياري اليڪٽرروڊ امڪانيات جو اندازو لڳايو ويو آهي ته ڪهڙا رد عمل غير معمولي طور تي اڳتي وڌندا آهن. مواد وڌيڪ منفي معياري صلاحيت سان گڏ اليڪٽرانڪس کي آسانيء سان عطيو ڪري ٿو، انهن کي مناسب انوڊ ٺاهيندي. جيڪي وڌيڪ مثبت قدرن سان اليڪٽران کي قبول ڪن ٿا، ڪيٿوڊس طور ڪم ڪن ٿا. انهن امڪانن جي وچ ۾ فرق سيل جي وولٹیج کي قائم ڪري ٿو-رد عمل لاءِ ڊرائيونگ فورس.

جڏهن هڪ وولٽيڪ سيل خارج ٿئي ٿو، سيل جي صلاحيت آهستي آهستي گهٽجي ويندي آهي جيئن ريڪٽينٽ ڪنسنٽريشن تبديل ٿي وڃي. رد عمل جاري رهي ٿو جيستائين نظام توازن تائين پهچي نه ٿو، ان نقطي تي امڪاني طور تي صفر ٿي وڃي ٿو ۽ خالص اليڪٽران جو وهڪرو نه ٿئي. هن توازن واري حالت کان اڳ، اليڪٽرڪ ڪيميائي ردعمل موجوده کثافت جي تناسب جي شرح تي اڳتي وڌندي آهي.

حقيقي اليڪٽرڪ ڪيميائي رد عمل اڪثر ڪري ٿورائتو-اضافي وولٽيج جي ضرورت هوندي آهي thermodynamic گھٽ ۾ گھٽ. هي اضافي توانائي اليڪٽران جي منتقلي ۽ ماس ٽرانسپورٽ جي حدن لاء چالو رڪاوٽون ختم ڪري ٿي. وڌيڪ امڪاني رد عمل جي قسم، اليڪٽرروڊ مواد، ۽ موجوده کثافت سان مختلف آهي.

تيز رد عمل سان گڏ گھٽ اوور پوٽينشيل گھٽ ۾ گھٽ اضافي وولٽيج تي موثر طريقي سان اڳتي وڌندا آھن. سست رد عمل عملي موجوده وهڪري کي حاصل ڪرڻ لاءِ ڪافي حد کان وڌيڪ صلاحيت جي طلب ڪن ٿا. هي وضاحت ڪري ٿو ته ڇو ڪجهه اليڪٽرولائيٽڪ عملن کي نظرياتي حسابن جي تجويز جي ڀيٽ ۾ خاص طور تي وڌيڪ وولٽيجز جي ضرورت هوندي آهي.

برقي ڪيميائي رد عمل بيشمار ڊوائيسز ۽ عملن کي طاقت ڏين ٿا. ٽارچ لائٽون ۽ ريموٽ ڪنٽرولز ۾ پرائمري بيٽريون ناقابل واپسي رد عمل تي ڀاڙين ٿيون جيڪي بجلي پيدا ڪن ٿيون جيستائين ريڪٽينٽ ختم ٿي وڃن. گاڏين ۽ اليڪٽرانڪس ۾ ثانوي بيٽريون استعمال ڪن ٿيون ريورسيبل رد عمل، بار بار چارج-ڊسچارج چڪر جي اجازت ڏئي ٿي.

فيول سيل هڪ منفرد ايپليڪيشن جي نمائندگي ڪري ٿو جتي اليڪٽرڪ ڪيميائي رد عمل ايندھن کي سڌو سنئون بجلي ۾ تبديل ڪري ٿو اعلي ڪارڪردگي سان. هائيڊروجن انوڊ تي آڪسائيڊ ٿي ويندي آهي جڏهن ته آڪسيجن ڪيٿوڊ تي گهٽجي ويندي آهي، صرف پاڻي جي پيداوار جي طور تي پيدا ڪري ٿي. بيٽرين جي برعڪس، ايندھن جي سيلن کي رد عمل کي برقرار رکڻ لاء مسلسل ايندھن جي فراهمي جي ضرورت آھي.

سنکنرن غير مطلوب اليڪٽرڪ ڪيميائي رد عملن کي ظاهر ڪري ٿو جيڪو خود بخود واقع ٿئي ٿو جڏهن ڌاتو نمي ۽ آڪسيجن سان رابطو ڪري ٿو. لوهه جو زنگ انوڊڪ سائيٽن تي آڪسائيڊريشن جي رد عمل ذريعي، ڪيٿوڊڪ علائقن ڏانهن اليڪٽران جي وهڪري سان، جتي آڪسيجن گھٽجي ٿي. انهن اليڪٽرڪ ڪيميڪل ميکانيزم کي سمجھڻ سان انجنيئرن کي حفاظتي ڪوٽنگون ۽ سنکنرن-مزاحمتي الائيز تيار ڪرڻ ۾ مدد ملندي آهي.

صنعتي اليڪٽرڪ ڪيمسٽري وڏي-پيماني تي پيداواري عمل کي قابل بڻائي ٿي. ايلومينيم جي پيداوار پگھليل ايلومينيم آڪسائيڊ جي اليڪٽرولائيزيشن تي ڀاڙيندي آهي، ايلومينيم آئن کي گهٽائڻ لاءِ وڏي واهه کي استعمال ڪندي. کلورالڪلي عمل ڪلورين گيس ۽ سوڊيم هائيڊروڪسائيڊ پيدا ڪرڻ لاءِ برائن کي اليڪٽرولائيز ڪري ٿو، ٻئي نازڪ صنعتي ڪيميائي.

Electrochemical Reactions

اليڪٽرروڪيميڪل ردعمل جي شرح ڪيترن ئي باضابطه عنصر تي منحصر آهي. موجوده کثافت-موجوده في يونٽ اليڪٽرروڊ ايريا-سڌي طرح سان لاڳاپو رکي ٿو رد عمل جي شرح سان فيراڊي جي قانونن مطابق. اعلي موجوده کثافت جو مطلب آهي وڌيڪ اليڪٽرانڪ منتقلي في سيڪنڊ، ڪيميائي تبديلي کي تيز ڪرڻ.

ماس ٽرانسپورٽ ڪيترن ئي برقي ڪيميائي رد عمل کي محدود ڪري ٿو. Reactants لازمي طور تي اليڪٽرروڊ جي مٿاڇري تي پهچي وڃن ٿا، ۽ مصنوعات کي لازمي طور تي منتقل ٿيڻ گهرجي ته ڪنسنٽريشن گرڊينٽ کي برقرار رکڻ لاءِ. پکيڙ، لڏپلاڻ، ۽ نقل و حمل انهن ٽرانسپورٽ جي عملن کي سنڀاليندا آهن. سيلز جي ذريعي اليڪٽرولائيٽ يا وهڪري کي ڊزائين ڪرڻ - ماس ٽرانسپورٽ کي بهتر بڻائي ٿو ۽ قابل عمل رد عمل جي شرح کي وڌائي ٿو.

اليڪٽرروڊ جي مٿاڇري واري علائقي کي خاص اهميت حاصل آهي. وڏيون مٿاڇريون اليڪٽران جي منتقلي لاءِ وڌيڪ سائيٽون مهيا ڪنديون آهن، ساڳئي موجوده کثافت تي وڌيڪ ڪل وهڪرن کي چالو ڪندي. هي وضاحت ڪري ٿو ته ڇو بيٽري اليڪٽروڊس وڏي مٿاڇري واري علائقي سان - کان- حجم جي نسبت سان پورس ڍانچي کي استعمال ڪن ٿا، انٽرفيس کي وڌ کان وڌ ڪري ٿو جتي ردعمل ٿئي ٿو.

اليڪٽرروڊ مواد پاڻ کي ڪيٽيليٽيڪ اثرات ذريعي رد عمل جي ڪينيٽيڪس تي اثر انداز ڪري ٿو. ڪجھ مواد مخصوص رد عملن لاءِ چالو ڪرڻ واري توانائي کي گھٽ ڪن ٿا، انھن کي اجازت ڏئي ٿو ته ھو تيزيءَ سان اڳتي وڌڻ جي گھٽ صلاحيت تي. پلاٽينم هائيڊروجن آڪسائيڊشن ۽ آڪسيجن جي گھٽتائي کي مؤثر طريقي سان ترتيب ڏئي ٿو، ان جي قيمت جي باوجود ايندھن سيل اليڪٽرروڊس لاءِ قيمتي بڻائي ٿي.

اليڪٽرروڊ-اليڪٽرولائيٽ انٽرفيس ۾ هڪ پيچيده ڍانچي آهي جنهن کي برقي ڊبل پرت سڏيو ويندو آهي. هي علائقو چند نانو ميٽرن کان وڌيڪ چارج تي ڌيان ڏئي ٿو، 10⁷ V/cm تائين پهچندڙ شديد برقي ميدان ٺاهي ٿو. ڊبل پرت هڪ ڪئپسيٽر وانگر ڪم ڪري ٿو، چارج کي محفوظ ڪري ٿو جيڪو برقي ڪيميائي رد عمل جي ڪائنات کي متاثر ڪري ٿو.

حل ۾ آئن پاڻ کي چارج ٿيل اليڪٽرروڊ جي مٿاڇري جي ويجهو ڪن ٿا. منفي اليڪٽروڊز جي ويجھو ڪيشن ڪلستر، جڏهن ته anions مثبت اليڪٽرروڊس تي مرڪوز. هي آئن ترتيب اليڪٽرروڊ چارج کي اسڪرين ڪري ٿو ۽ اثر انداز ڪري ٿو ته ڪهڙن نسلن کي رد عمل ڪرڻ لاء سطح تي پهچي سگهي ٿو. ڊبل پرت جي جوڙجڪ کي متحرڪ طور تي تبديل ڪري ٿو جيئن اليڪٽرروڊ امڪاني طور تي مختلف ٿي سگهي ٿو، رد عمل جي رستن ۽ شرحن کي متاثر ڪري ٿو.

ڊبل پرت اثرات کي سمجھڻ اليڪٽرڪ ڪيميڪل سسٽم کي بهتر ڪرڻ لاءِ اهم ثابت ٿئي ٿو. محقق انهن نانوسڪيل رجحان جو مطالعو ڪن ٿا ته بهتر بيٽري اليڪٽرروڊز کي ڊزائين ڪرڻ، سنکنرن جي مزاحمت کي بهتر بڻائڻ، ۽ وڌيڪ موثر اليڪٽرڪٽريڪلسٽز کي ترقي ڪرڻ لاء. ٻٽي پرت اها نمائندگي ڪري ٿي جتي ماليڪيولر-سطح جي ڪيمسٽري ميڪرو اسڪوپي برقي رجحان سان ملي ٿي.

Galvanic Cells بجلي پيدا ڪن ٿيون غير معمولي ڪيميائي رد عملن، جهڙوڪ بيٽرين جي خارج ٿيڻ. Electrolytic Cells استعمال ٿيندڙ بجليءَ جي توانائي کي غير-خودڪار ردِ عمل کي هلائڻ لاءِ استعمال ڪن ٿا، جهڙوڪ بيٽري چارج ڪرڻ يا اليڪٽرروپليٽنگ. اهم فرق اهو آهي ته ڇا رد عمل قدرتي طور تي ٿئي ٿو (گلوانڪ) يا خارجي طاقت جي ضرورت آهي (اليڪٽرولائيٽ).

ها، جيتوڻيڪ گهٽ عام. سولڊ- اسٽيٽ بيٽريون سڪل اليڪٽرولائٽس استعمال ڪن ٿيون جيڪي آئن کي پنهنجي ڪرسٽل ڍانچي ذريعي هلائين ٿيون. اعلي-درجه حرارت سولڊ آڪسائيڊ فيول سيلز سيرامڪ اليڪٽرولائٽس کي استعمال ڪن ٿا. جيتوڻيڪ ڪي گئسون مخصوص حالتن ۾ اليڪٽرولائٽس طور ڪم ڪري سگهن ٿيون. بهرحال، مائع اليڪٽرولائٽ تمام عام رهي ٿو ڇاڪاڻ ته اعلي ionic چالکائي جي ڪري.

توازن تي، اڳتي ۽ ريورس رد عمل جي شرح بلڪل توازن رکي ٿي. ڪابه خالص ڪيميائي تبديلي نه ايندي آهي، تنهنڪري ڪو اليڪٽران سرڪٽ ذريعي وهندو ناهي. سيل جي صلاحيت صفر ٿي وڃي ٿي ڇاڪاڻ ته سسٽم پنهنجي گھٽ توانائي واري حالت تي پهچي ٿو. reactants کي شامل ڪرڻ يا خارجي وولٹیج کي لاڳو ڪرڻ رد عمل کي ٻيهر شروع ڪري سگھي ٿو.

اعليٰ درجه حرارت عام طور تي آئن حرڪت کي تيز ڪرڻ ۽ چالو ڪرڻ واري توانائي جي رڪاوٽن کي گهٽائڻ سان رد عمل جي شرح وڌائي ٿو. بهرحال، گهڻي گرمي بيٽري جي اجزاء کي نقصان پهچائي سگھي ٿي يا ڀڄڻ واري رد عمل کي ٽڪرائي سگھي ٿي. ٿڌي گرمي پد سست ردعمل کي ڊرامي طور تي، بجلي جي پيداوار کي گھٽائي ٿو. هر اليڪٽرروڪيميڪل سسٽم ۾ چوٽي جي ڪارڪردگي لاءِ هڪ بهترين درجه حرارت جي حد آهي.

اليڪٽررو ڪيميڪل رد عمل ڪيمسٽري ۽ اليڪٽريڪل انجنيئرنگ کي انهن طريقن سان پلائن ٿا جيڪي اسان جي روزاني زندگي کي مسلسل ڇڪيندا آهن. توهان جي اسمارٽ فون ۾ بيٽري کان وٺي ڌاتو جي جوڙجڪ تي اينٽي corrosion ڪوٽنگ تائين، اهي اليڪٽران جي منتقلي جا عمل اليڪٽروڊ سطحن تي جديد ٽيڪنالاجي کي ممڪن بڻائين ٿا. رد عمل تڏهن ٿئي ٿو جڏهن اليڪٽروڊس، اليڪٽرولائٽ، ۽ يا ته ڪيميائي ڊرائيونگ فورس يا لاڳو ٿيل وولٽيج جو صحيح ميلاپ گڏ اچي ٿو-ڪيميائي ۽ برقي شڪلن جي وچ ۾ توانائي کي خوبصورت ڪارڪردگيءَ سان تبديل ڪندي.

Electrochemical Reactions