విద్యుద్విశ్లేష్యకాలు
* ద్రవస్థితి లేదా జలద్రావణాల్లో తమ ద్వారా విద్యుత్‌ను ప్రసరింపజేసి, రసాయన చర్యలకు గురయ్యే పదార్థాలను ‘విద్యుద్విశ్లేష్యకాలు’ అంటారు.
* ఇవి గలనస్థితిలో లేదా జలద్రావణాల్లో అయాన్‌లను కలిగి ఉండి, విద్యుత్‌ను ప్రసరింపజేస్తాయి.
* విద్యుద్విశ్లేష్యకాలను రెండు రకాలుగా వర్గీకరించారు. అవి:
i) బలమైన విద్యుద్విశ్లేష్యకాలు ii) బలహీన విద్యుద్విశ్లేష్యకాలు
* బలమైన విద్యుద్విశ్లేష్యకాలు అధిక విద్యుత్‌ వాహకతను ప్రదర్శిస్తాయి.
ఉదా: * బలమైన ఆమ్లాలు: హైడ్రోక్లోరిక్‌ ఆమ్లం, సల్ఫ్యూరిక్‌ ఆమ్లం, నైట్రిక్‌ ఆమ్లం మొదలైనవి
*బలమైన క్షారాలు: సోడియం హైడ్రాక్సైడ్, పొటాషియం హైడ్రాక్సైడ్ మొదలైనవి.
* S - బ్లాకు మూలకాల హాలైడ్‌లు, హైడ్రాక్సైడ్‌లు, ఎసిటేట్‌లు మొదలైనవి.
* బలహీన విద్యుద్విశ్లేష్యకాలు అల్ప విద్యుత్‌ వాహకతను ప్రదర్శిస్తాయి.
ఉదా: బలహీన ఆమ్లాలు: కార్బోనిక్‌ ఆమ్లం, ఎసిటిక్‌ ఆమ్లం మొదలైనవి.
బలహీన క్షారాలు: అమ్మోనియం హైడ్రాక్సైడ్, అల్యూమినియం హైడ్రాక్సైడ్ మొదలైనవి.
విద్యుత్‌ అవిశ్లేష్యకాలు
* గలనస్థితిలో లేదా జలద్రావణాల్లో తమ ద్వారా విద్యుత్‌ను ప్రసరింపజేయలేని పదార్థాలను ‘విద్యుత్‌ అవిశ్లేష్యకాలు’ అంటారు.
ఉదా: యూరియా, గ్లూకోజ్, సుక్రోజ్, మిథైల్‌ ఆల్కహాల్, ఇథైల్‌ ఆల్కహాల్ మొదలైనవి.
* విద్యుత్‌ను ఉపయోగించి గలన స్థితి లేదా ద్రవ స్థితిలోని ఒక సంయోగ పదార్థాన్ని సాధారణంగా ఘటక మూలకాలుగా వియోగం చెందించే ప్రక్రియను విద్యుద్విశ్లేషణం (Electrolysis) అంటారు.
* ఒక పాత్రలో పదార్థ గలన ద్రవం లేదా జల ద్రావణంలో రెండు ఎలక్ట్రోడ్‌లను ఉంచి, వీటిని కాపర్‌ తీగల సహాయంతో బ్యాటరీ రెండు చివర్లకు కలిపితే వెంటనే విద్యుద్విశ్లేషణ మొదలవుతుంది. ఎలక్ట్రోడ్‌ల వద్ద రసాయన చర్యలు జరుగుతాయి.
ఉదా: ఒక పాత్రలో గలన KCl ద్రవం తీసుకుని, విద్యుద్విశ్లేషణకు గురిచేస్తే కాథోడ్‌ వద్ద పొటాషియం లోహం ఏర్పడుతుంది. ఆనోడ్‌ వద్ద క్లోరిన్‌ వాయువు వెలువడుతుంది.
* విద్యుద్విశ్లేషణ ప్రక్రియలో ఆనోడ్‌ వద్ద పదార్థం ఆక్సీకరణ చెందితే, కాథోడ్‌ వద్ద క్షయకరణం చెందుతుంది.
* రసాయన చర్యల చర్యావిధానాలను అధ్యయనం చేసేందుకు విద్యుద్విశ్లేషణ ప్రక్రియ ఉపయోగపడుతుంది. మూలక రసాయన, కర్బన రసాయన పదార్థాలను పరిమాణాత్మకంగా నిర్ణయించడానికి విద్యుద్విశ్లేషణ ఉపయోగపడుతుంది. పారిశ్రామికంగా మూలక రసాయన పదార్థాలను, కర్బన రసాయన పదార్థాలను తయారుచేయడంలో విద్యుద్విశ్లేషణ ఉపయోగపడుతుంది.
* విద్యుద్విశ్లేషణకి సంబంధించి పరిమాణాత్మక విషయాలను వివరించిన తొలి శాస్త్రవేత్త ‘మైఖేల్‌ ఫారడే’.
విద్యుత్‌ రసాయన ఘటాలు
* ఆక్సీకరణ - క్షయకరణ రసాయన చర్యలను ఉపయోగించి విద్యుత్‌ శక్తిని ఉత్పత్తి చేసే సాధనాన్ని ‘విద్యుత్‌ రసాయన ఘటం’ అంటారు.
* విద్యుత్‌ రసాయన ఘటంలో రసాయన శక్తి (రిడాక్స్‌ చర్య) విద్యుత్‌ శక్తిగా మారుతుంది.
* వోల్టా, గాల్వనీ అనే శాస్త్రవేత్తల గౌరవార్థం విద్యుత్‌ రసాయన ఘటాలకు ‘వోల్టాయిక్‌ ఘటం’ లేదా ‘గాల్వానిక్‌ ఘటం’ అని పేరు పెట్టారు.
డేనియల్‌ ఘటం
* వోల్టాయిక్‌ ఘటానికి మంచి ఉదాహరణ డేనియల్‌ ఘటం.
* జింక్‌ సల్ఫేట్ ద్రావణంలో జింక్‌ ఎలక్ట్రోడ్‌ను; కాపర్‌ సల్ఫేట్ ద్రావణంలో కాపర్‌ ఎలక్ట్రోడ్‌ను ఉంచి ఈ రెండు అర్ధఘటాల్లోని విద్యుద్విశ్లేష్యక ద్రావణాలను లవణ వారధి (salt bridge) తో అనుసంధానం చేసి ‘డేనియల్‌ ఘటాన్ని’ నిర్మిస్తారు.
* ప్రతి వోల్టాయిక్‌ ఘటంలో రెండు అర్ధ ఘటాలు ఉంటాయి. ఒక అర్ధ ఘటంలో ఆక్సీకరణ చర్య, రెండో దానిలో క్షయకరణ చర్య జరుగుతాయి.
డేనియల్‌ ఘటంలో జరిగే రసాయన చర్య:
Zn (ఘ.) + CuSO4 (జ.ద్రా) → ZnSO4 (జ.ద్రా) + Cu (ఘ)
జింక్‌ కాపర్‌ సల్ఫేట్ జింక్‌ సల్ఫేట్ కాపర్‌
డేనియల్‌ ఘటాన్ని కిందివిధంగా సూచిస్తారు:
Zn | ZnSO4 || CuSO4 | Cu
(అర్ధ ఘటం) లవణ వారధి (అర్ధ ఘటం)
(ఆక్సీకరణ జరుగుతుంది) (క్షయకరణ జరుగుతుంది)
* ఎడమ చేతి వైపు ఉన్న అర్ధ ఘటంలో ఆక్సీకరణ చర్య జరుగుతుంది.
Zn → Zn+2 + 2e−(ఆక్సీకరణం)
* కుడి చేతి వైపు ఉన్న అర్ధ ఘటంలో క్షయకరణ చర్య జరుగుతుంది.
Cu+2 + 2e− → Cu (క్షయకరణం)
* డేనియల్‌ ఘటంలో ఆక్సీకరణ అర్ధఘటాన్ని ‘ఆనోడ్‌’ అంటారు. విద్యుత్‌ వలయంలో ఎలక్ట్రాన్‌లు బాహ్య తీగలో రుణ ఎలక్ట్రోడ్ (ఆనోడ్‌) నుంచి ధన ఎలక్ట్రోడ్ (కాథోడ్‌)కు ప్రవహిస్తాయి. విద్యుత్‌ ప్రవాహ దిశ ఈ ఎలక్ట్రాన్‌ల ప్రవాహ దిశకు వ్యతిరేక దిశలో ఉంటుంది.
ఫారడే విద్యుద్విశ్లేషణ నియమాల్కు
మొదటి నియమం:
విద్యుద్విశ్లేషణ ప్రక్రియలో ఎలక్ట్రోడ్‌ల వద్ద నిక్షిప్తమైన లేదా వెలువడిన పదార్థ భారం, విద్యుద్విశ్లేష్యక పదార్థం మీదుగా ప్రవహించే విద్యుత్‌ పరిమాణానికి అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది.
రెండో నియమం:
విద్యుద్విశ్లేషణంలో వరస శ్రేణిలో కలిపిన భిన్న విద్యుద్విశ్లేష్యక ద్రావణాలు కలిగిన ఘటాల ద్వారా సమాన పరిమాణంలో విద్యుత్‌ ప్రవహిస్తే ఎలక్ట్రోడ్‌ల వద్ద వెలువడే, నిక్షిప్తమయ్యే పదార్థాల భారాలు ఆయా పదార్థాల రసాయనిక తుల్యాంక భారాలకు అనులోమానుపాతంలో ఉంటాయి.
ఘటం పొటెన్షియల్‌
* గాల్వానిక్‌ ఘటంలో కుడివైపు ఎలక్ట్రోడ్ (కాథోడ్‌) పొటెన్షియల్‌ విలువ, ఎడమవైపు ఎలక్ట్రోడ్ (ఆనోడ్‌) పొటెన్షియల్‌ విలువ మధ్య భేదాన్ని ఘటం పొటెన్షియల్‌ అంటారు.
* E(ఘటం) = E (కుడి) − E (ఎడమ)
* డేనియల్‌ ఘటంలో అయత్నీకృతంగా జరిగే ఆక్సీకరణం - క్షయకరణం చర్యల ద్వారా రసాయన శక్తి 1.1 వోల్టుల విద్యుత్‌ శక్తి రూపంలోకి మారుతుంది.
* ప్రతి విడి ఎలక్ట్రోడ్, అభిలాక్షణిక ఎలక్ట్రోడ్ పొటెన్షియల్‌ను ప్రదర్శిస్తుంది. దీన్నే విడి ఎలక్ట్రోడ్ పొటెన్షియల్‌ అంటారు.
* అర్ధఘట చర్యలో పాల్గొనే విద్యుత్‌ రసాయన క్రియాశీల పదార్థాల గాఢతలు ఏకాంక విలువగా ఉండి, 25oC వద్ద ఎలక్ట్రోడ్‌ను ప్రదర్శించే పొటెన్షియల్‌ విలువను ‘ప్రమాణ విడి ఎలక్ట్రోడ్ పొటెన్షియల్‌ ్బన్శిా’ అంటారు.
ఉదా:
| ఎలక్ట్రోడ్ వ్యవస్థ | ప్రమాణ ఎలక్ట్రోడ్ పొటెన్షియల్‌ (Eo) |
| Li+/Li | −3.045 V |
| Zn+2/Zn | −0.762 V |
| Fe+2/Fe | −0.441 V |
| H +/H2 , Pt | 0 V |
| Cu+2/Cu | +0.337 V |
| Ag+/Ag | +0.799V |
| Pt, F2 /F− | +2.870 V |
* ఒక అర్ధఘటంతో ప్రయోగాత్మకంగా పొటెన్షియల్‌ను నిర్ణయించలేం. రెండు అర్ధఘటాలను అనుసంధానం చేసి వాటి మధ్య పొటెన్షియల్‌ భేదాన్ని మాత్రమే ప్రయోగం ద్వారా కొలవగలం. దీన్నే ఘటం పొటెన్షియల్‌ అంటారు.
* ఏదైనా ఒక విడి ఎలక్ట్రోడ్ పొటెన్షియల్‌ను నిర్ణయించడానికి ఆ ఎలక్ట్రోడ్‌ను పొటెన్షియల్‌ తెలిసిన ఎలక్ట్రోడ్‌కి జతచేసి, సంపూర్ణ గాల్వానిక్‌ ఘటాన్ని రూపొందిస్తారు.
* ఏర్పడిన ఘటం పొటెన్షియల్‌ను పొటెన్షియో మీటర్‌ ద్వారా కొలిచి, దాని ఆధారంగా విడి ఎలక్ట్రోడ్ పొటెన్షియల్‌ను నిర్ణయిస్తారు.
* పొటెన్షియల్‌ తెలిసిన ఎలక్ట్రోడ్‌ను ‘ప్రమాణ ఎలక్ట్రోడ్’ అని అంటారు. ఇది రెండు రకాలు అవి:
1. ప్రాథమిక ప్రమాణ ఎలక్ట్రోడ్‌లు 2. ద్వితీయ ప్రమాణ ఎలక్ట్రోడ్‌లు
ప్రాథమిక ప్రమాణ ఎలక్ట్రోడ్:
* ప్రమాణ హైడ్రోజన్‌ ఎలక్ట్రోడ్ (Standard Hydrogen Electrode - SHE) ఒక ప్రాథమిక ప్రమాణ ఎలక్ట్రోడ్.
* ప్రమాణ హైడ్రోజన్‌ ఎలక్ట్రోడ్‌లో ఒక మోలార్‌ గాఢత కలిగిన హైడ్రోక్లోరిక్‌ ఆమ్లం ద్రావణంలో ముంచి ఉంచిన ప్లాటినం ఎలక్ట్రోడ్‌ను ఉంచుతారు. దాని మీదుగా ఒక అట్మాస్ఫియర్‌ పీడనం వద్ద శుద్ధ హైడ్రోజన్‌ వాయువును ద్రావణంలోకి పంపుతారు.
* ప్రమాణ హైడ్రోజన్‌ ఎలక్ట్రోడ్:
Pt (ఘ),H2 (వా) / H+ (జ.ద్రా)
* ప్రమాణ హైడ్రోజన్‌ ఎలక్ట్రోడ్ పొటెన్షియల్‌ విలువ సున్నా (0 V) గా తీసుకుంటారు.
ద్వితీయ ప్రమాణ ఎలక్ట్రోడ్:
* కాలోమెల్‌ ఎలక్ట్రోడ్ (Calomel Electrode) ఒక ద్వితీయ ప్రమాణ ఎలక్ట్రోడ్.
* కాలోమెల్‌ ఎలక్ట్రోడ్‌లో గాజు గొట్టం అడుగు భాగంలో పరిశుద్ధ పాదరసం ఉంచుతారు. దీనిపైన మెర్క్యురస్‌ క్లోరైడ్‌ (Hg2 Cl2 ) మిశ్రమంగా ఉంచుతారు. మిగిలిన గాజు భాగమంతా పొటాషియం క్లోరైడ్‌ (KCl) జలద్రావణంతో నింపుతారు.
మాదిరి ప్రశ్నలు
1. కిందివాటిలో బలహీన విద్యుద్విశ్లేష్యకాలు ఏవి?
ఎ) ఎసిటిక్‌ ఆమ్లం బి) సుక్రోజ్ బి) సోడియం క్లోరైడ్‌ డి) హైడ్రోక్లోర్లిక్‌ ఆమ్లం ఇ) ఫాస్ఫోరిక్‌ ఆమ్లం
1) ఎ, బి, డి 2) బి, సి, ఇ 3) ఎ, ఇ 4) పైవన్నీ
జ: ఎ, ఇ
2. ప్రతిపాదన(A): అధ్రువ సమయోజనీయ కర్బన సమ్మేళనాలు విద్యుత్‌ అవిశ్లేష్యక పదార్థాలుగా ఉంటాయి.
కారణం(R): అధ్రువ సమయోజనీయ పదార్థాల జలద్రావణ స్థితిలో విద్యుత్‌ను ప్రసరింపజేయడానికి అయాన్‌లు ఉండవు.
1) A నిజం కానీ R తప్పు 2) A తప్పు కానీ R నిజం
3) A, R రెండూ నిజం, A కి R సరైన వివరణ.
4) A, R రెండూ నిజం, A కి R సరైన వివరణ కాదు.
జ: A, R రెండూ నిజం, A కి R సరైన వివరణ.
3. విద్యుద్విశ్లేష్యక ద్రావణాల విద్యుత్‌ వాహకత కింది ఏ అంశంపై ఆధారపడి ఉంటుంది?
1) విద్యుద్విశ్లేష్యక స్వభావం 2) ద్రావణి స్వభావం, స్నిగ్ధత
3) విద్యుద్విశ్లేష్యక ద్రావణం గాఢత 4) పైవన్నీ
జ: పైవన్నీ
4. కిందివాటిలో జడ స్వభావం ఉన్న ఎలక్ట్రోడ్ ఏది?
1) కాపర్‌ ఎలక్ట్రోడ్ 2) జింక్‌ ఎలక్ట్రోడ్ 3) మెగ్నీషియం ఎలక్ట్రోడ్ 4) ఏదీకాదు
జ: ఏదీకాదు
5. లోహ ఎలక్ట్రోడ్‌కి ఉదాహరణ?
1) హైడ్రోజన్‌ ఎలక్ట్రోడ్ 2) కోర్లిన్‌ ఎలక్ట్రోడ్ 3) ఐరన్‌ ఎలక్ట్రోడ్ 4) ఆక్సిజన్‌ ఎలక్ట్రోడ్
జ: ఐరన్‌ ఎలక్ట్రోడ్
