इलेक्ट्रोकेमिकल रिएक्शन जब कब्जा करत है?

इलेक्ट्रोकेमिकल रिएक्शन तब होत है जब रासायनिक ऊर्जा विद्युत ऊर्जा मा परिवर्तित होत है या इलेक्ट्रोड अउर इलेक्ट्रोलाइट के बीच इंटरफेस मा इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण के माध्यम से उल्टा होत है। ये प्रतिक्रिया कसी भी सिस्टम म होती है जहाँ एक इलेक्ट्रिक करंट एक रासायनिक परिवर्तन को चलाता है या जहाँ रासायनिक प्रतिक्रिया बिजली पैदा करत है।

Electrochemical Reactions

इलेक्ट्रोकेमिकल रिएक्शन मा तीन मौलिक तत्वन का एक साथ काम करै का परत है। इलेक्ट्रॉन कंडक्टर इलेक्ट्रोड के रूप मा काम करत है जहाँ सतह पर प्रतिक्रिया होत है। एक आयनिक कंडक्टर -का रूप से एक इलेक्ट्रोलाइट घोल है जेहिमा घुलित आयन - इलेक्ट्रोड के बीच बहाव कय लिए आवेश कय आरोप है। एक पूरा सर्किट इन घटक को जोड़ता है, जो बाहरी मार्ग के माध्यम से इलेक्ट्रॉन आंदोलन को सक्षम बनाता है।

प्रतिक्रिया विशेष रूप से इलेक्ट्रोड - इलेक्ट्रोलाइट इंटरफेस पर होत है, कंडक्टर के सतह से कुछ एंगस्ट्रॉम के भीतर। ई संकीर्ण प्रतिक्रिया क्षेत्र मौजूद है काहे से कि इलेक्ट्रॉन केवल धातु जइसन इलेक्ट्रॉनिक कंडक्टर मा मोबाइल रहत हैं, जबकि आयन इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से चार्ज करत हैं।

गैल्वेनिक कोशिका बिजली पैदा करै के लिए सहजता से होत विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया का प्रदर्शन करत हैं। इन सिस्टम मा, ऑक्सीकरण एनोड मा होत है जबकि कैथोड मा कमी होत है। इन दो हाफ -एदिश म रासायनिक संभावित अंतर बाहरी सर्किट के माध्यम से इलेक्ट्रॉन को चलाता है।

बैटरी का डिस्चार्ज इस सहज प्रक्रिया का उदाहरण देत है। जब आप फोर्कलिफ्ट बैटरी का उपयोग करत हैं, तो इलेक्ट्रोड सामग्री अउर इलेक्ट्रोलाइट के बीच रासायनिक प्रतिक्रिया इलेक्ट्रॉन रिलीज करत हैं जउन मोटर का पावर देत हैं। सीसा {{2}एसिड वेरिएंट सीसा डाइऑक्साइड का उपयोग करत हैं अउर स्पंज सीसा प्लेट सल्फ्यूरिक एसिड मा डूब जात हैं, इलेक्ट्रोकेमिकल रिएक्शन का लिफ्टिंग ऑपरेशन के लिए जरूरी विद्युत शक्ति मा बदल देत है।

डेनियल सेल सिद्धांत का स्पष्ट रूप से चित्रित करत है। जिंक मेटल एक इलेक्ट्रोड पर ऑक्सीकरण करत है, इलेक्ट्रॉन जारी करत है जवन एक तार से बहत है ताकि दूसर इलेक्ट्रोड मा तांबा आयन कम होइ सकै। यह इलेक्ट्रॉन प्रवाह विद्युत धारा का गठन करत है, जब तक कि रिएक्शनेंट कम हो जात है या सिस्टम संतुलन तक नहीं पहुंच जात है।

इलेक्ट्रोलाइटिक कोशिकाएं विपरीत परिदृश्य -इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रिया का प्रतिनिधित्व करत हैं जो अनायास नहीं होत है लेकिन आगे बढ़ै के लिए लागू वोल्टेज के जरूरत होत है। बाहरी विद्युत ऊर्जा गैर-- अनायास रासायनिक परिवर्तन का मजबूर करत है।

रिचार्जेबल बैटरी चार्ज करै से ई सिद्धांत का देखावा जात है। जब आप एक लीड -एसिड बैटरी को चार्जर से जोड़ते ह, तो लागू वोल्टेज डिस्चार्ज रिए शन को उलट देता है। सीसा सल्फेट वापस सीसा डाइऑक्साइड औ स्पंज सीसा मा बदल जात है, जबकि इलेक्ट्रोलाइट मा सल्फ्यूरिक एसिड कय एकाग्रता बढ़त है। विद्युत ऊर्जा इनपुट रासायनिक क्षमता का पुनर्निर्माण करत है जवन बाद मा आपके उपकरणन का बिजली देई।

जल इलेक्ट्रोलाइसिस एक और स्पष्ट उदाहरण प्रदान करत... पानी म डूबे इलेक्ट्रोड म पर्याप्त वोल्टेज लागू करना HO अणुओं को हाइड्रोजन और ऑक्सीजन गैस म विभाजित करत है। आवश्यक वोल्टेज ऑक्सीकरण और कमी के बीच रासायनिक संभावित अंतर से अधिक होनी चाहिए आधे - प्रतिक्रियाएं।

औद्योगिक इलेक्ट्रोप्लेटिंग इस जबरन प्रतिक्रिया तंत्र पर निर्भर करत... इलेक्ट्रिक करंट मेटल आयन का समाधान से एक चालक वस्तु पर चलाता है, एक इलेक्ट्रोकेमिकल प्रक्रिया के माध्यम से एक सुरक्षात्मक या सजावटी कोटिंग बनाता है जो लागू ऊर्जा के बिना नहीं होगा।

इलेक्ट्रोकेमिकल रिएक्शन से काफी तापमान संवेदनशीलता दिखाई देत है। अधिकांश बैटरी 0 डिग्री और 45 डिग्री के बीच इष्टतम रूप से संचालित करत हैं , प्रदर्शन के साथ इस सीमा के बाहर क्षय होत है। ठंडा तापमान आंतरिक प्रतिरोध, इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से आयन आंदोलन को धीमा करत है अउर बिजली के उत्पादन का कम करत है। एक लीड -एसिड बैटरी -20 डिग्री पर 50% क्षमता खो देती है, जबकि लिथियम-आयन बैटरी एक ही तापमान पर केवल 20% क्षमता के नुकसान के साथ बेहतर प्रदर्शन बनाए रखता है।

गर्मी रासायनिक अपघटन को तेज करत है लेकिन सुरक्षित सीमा के भीतर गति प्रतिक्रिया गतिकी भी कर सकत है। हालाँ क, 60 डिग्री से ऊपर अत्यधिक गर्मी लिथियम बैटरी म थर्मल रनवे का जोखिम उठाती है, जहां एक्सोथर्मिक प्रतिक्रिया स्वयं - सगाई और खतरनाक हो जात है। तापमान - पर निर्भर प्रकृति कय मतलब है कि विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया मध्यम तापमान पर अधिक आसानी से होत है जहाँ आयन गतिशीलता अपघटन कय ट्रिगर किए बिना अधिक रहत है।

इलेक्ट्रोलाइट एकाग्रता प्रतिक्रिया दरन का काफी प्रभावित करत है। लीड {{1}एसिड बटरी म, डिस्चार्ज के दौरान सल्फ्यूरिक एसिड परिवर्तन के विशिष्ट गुरुत्वाकर्षण, लगभग 1.27 से गिर जात है जब 1.10 से नीचे पूरा चार्ज होत है जब कम होत है। यह घटत एकाग्रता इलेक्ट्रोकेमिकल रिएक्शन को धीमा करत है जब तक कि अपर्याप्त एसिड प्रभावी इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण के लिए नहीं रहत है।

Electrochemical Reactions

इलेक्ट्रोकेमिकल रिएक्शन तब होत है जब सिस्टम मा इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण चलावै के लिए पर्याप्त विद्युत विभव होत है। नर्नस्ट समीकरण इस संबंध को मापता है, यह दिखाता है कि कोशिका संभावना अभिकारक सांद्रता, तापमान, और शामिल सामग्री के मानक इलेक्ट्रोड संभावनाओं पर कैसे निर्भर करत है।

मानक इलेक्ट्रोड संभावनाओं का पता चलता है कि कौन से प्रतिक्रिया सहज रूप से आगे बढ़त है। अधिक नकारात्मक मानक संभावना वाले सामग्री आसानी से इलेक्ट्रॉन दान करत हैं, जेहिसे उ उपयुक्त एनोड बनावत हैं। अधिक सकारात्मक मान वाले इलेक्ट्रॉन स्वीकार करत हैं, कैथोड्स के रूप मा काम करत हैं। इन संभावनाओं के बीच अंतर सेल के वोल्टेज - प्रतिक्रिया के लिए प्रेरक बल स्थापित करत है।

जब एक वोल्टिक कोशिका छुट्टी देत है, त कोशिका संभावना धीरे-धीरे रिएक्शनेंट सांद्रता परिवर्तन के रूप मा कम हो जात है। जब तक सिस्टम संतुलन तक नहीं पहुंच जात है, तब तक प्रतिक्रिया जारी है, जेहि बिंदु पर संभावित गिरावट शून्य तक गिर जात है अउर कउनौ नेट इलेक्ट्रॉन प्रवाह नहीं होत है। इस संतुलन अवस्था से पहिले, विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया वर्तमान घनत्व के आनुपातिक दर से आगे बढ़त है।

रियल इलेक्ट्रोकेमिकल रिएक्शन अक्सर थर्मोडायनामिक न्यूनतम से परे ओवरपोशियल -एदर्शल वोल्टेज के जरूरत होत है। यह अतिरिक्त ऊर्जा इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण और जन परिवहन सीमाओं के लिए सक्रियण बाधाओं को दूर करत... प्रतिक्रिया प्रकार, इलेक्ट्रोड सामग्री, अउर वर्तमान घनत्व के साथ अस्पष्ट भिन्न होत है।

कम ओवरपोलिटीज के साथ तेजी से प्रतिक्रिया कम से कम अतिरिक्त वोल्टेज पर कुशलता से। सुस्त प्रतिक्रिया व्यावहारिक वर्तमान प्रवाह प्राप्त करै के लिए पर्याप्त अत्याधुनिक मांग करत हैं। यह बतावत है कि कुछ इलेक्ट्रोलाइटिक प्रक्रिया सै सैद्धांतिक गणना के सुझाव के तुलना मा काफी अधिक वोल्टेज काहे के जरूरत होत है।

इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रिया अनगिनत उपकरण अउर प्रक्रिया का बिजली देत है। टॉर्च और रिमोट कंट्रोल म प्राथमिक बैटरी अपरिवर्तनीय प्रतिक्रिया पर निर्भर करत है जो जब तक कि प्रतिक्रियावादी निकास न हो जात है, तब तक बिजली पैदा करत है। वाहन और इलेक्ट्रॉनिक म द्वितीयक बैटरी रिवर्सिबल रिएक्शन का उपयोग करत हैं, जेहिसे बार-बार चार्ज - डिसचार्ज साइकिल मिलत है।

ईंधन कोशिका एक अद्वितीय अनुप्रयोग का प्रतिनिधित्व करत है जहाँ विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया ईंधन मा सीधे बिजली मा बदल देत है जेहिमा उच्च दक्षता के साथ होत है। हाइड्रोजन एनोड पर ऑक्सीकरण करत है जबकि ऑक्सीजन कैथोड मा कम होत है, जेहिसे उपोत्पाद के रूप मा केवल पानी पैदा होत है। बैटरी के विपरीत, ईंधन कोशिका के लिए प्रतिक्रिया बनाए रखै के लिए लगातार ईंधन आपूर्ति के जरूरत होत है।

जंग खाए गए अवांछित विद्युत रासायनिक प्रतिक्रियाओं का उदाहरण देत है, जब धातु नमी अउर ऑक्सीजन से संपर्क करत है। लोहे कय जंग एनोडिक साइटन पै ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया कय माध्यम से बनत है, इलेक्ट्रॉन कय प्रवाह कैथोडिक क्षेत्रन मा होत है जहाँ ऑक्सीजन कम होत है। इन विद्युत रासायनिक तंत्र का समझब इंजीनियरन का सुरक्षात्मक कोटिंग अउर जंग विकसित करै मा मदद करत है - प्रतिरोधी मिश्र धातु।

औद्योगिक इलेक्ट्रोकेमिस्ट्री बड़ी -स्केल उत्पादन प्रक्रियाओं म सक्षम बनावत है। एल्युमिनियम उत्पादन पिघला हुआ एल्यूमीनियम ऑक्साइड के इलेक्ट्रोलाइसिस पर निर्भर करत है, एल्युमिनियम आयन का कम करै के लिए बड़े पैमाने पर धारा का उपयोग करत है। क्लोरलकैली इलेक्ट्रोलाइज्स रिलेक्टलाइज करत है कि क्लोरीन गैस अउर सोडियम हाइड्रोक्साइड का उत्पादन कीन जात है, दुइनौ आलोचनात्मक औद्योगिक रसायन।

Electrochemical Reactions

इलेक्ट्रोकेमिकल रिएक्शन दर कई परस्पर जुड़े कारक पर निर्भर करत... वर्तमान घनत्व - वर्तमान प्रति यूनिट इलेक्ट्रोड क्षेत्र {{2} अंततः फारडे के कानून के अनुसार प्रतिक्रिया दर से सहसंबंधित है। उच्च वर्तमान घनत्व का मतलब है कि प्रति सेकंड अधिक इलेक्ट्रॉन ट्रांसफरिंग करत हैं, जेहिसे रासायनिक परिवर्तन तेजी आवत है।

द्रव्यमान परिवहन कई इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रियाओं को सीमित करत... रिएक्टेंट का इलेक्ट्रोड सतह तक पहुँचै का चाही, अउर उत्पादन का एकाग्रता ढाल बनाये रखै खातिर दूर जाय का चाही। प्रसार, प्रवास, अउर संवहन इन परिवहन प्रक्रिया का नियंत्रित करत है। इलेक्ट्रोलाइट का हलचलत या डिजाइनिंग फ्लो - के माध्यम से कोशिका द्रव्यमान परिवहन मा सुधार करत है अउर प्राप्ति योग्य प्रतिक्रिया दर बढ़ावत है।

इलेक्ट्रोड सतह क्षेत्र काफी मायने रखत है। बड़ी सतह इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण के लिए अधिक साइट प्रदान करत है, जेहिसे एक ही वर्तमान घनत्व मा कुल धारा सक्षम होत है। यह बताता है कि बैटरी इलेक्ट्रोड उच्च सतह क्षेत्र के साथ झरझरा संरचनाओं का उपयोग काहे करत हैं {{2} }to- खंड अनुपात, इंटरफेस को अधिकतम करत है जहाँ प्रतिक्रिया होत है।

इलेक्ट्रोड सामग्री खुद उत्प्रेरक प्रभाव के माध्यम से किनेटिक्स का प्रभावित करत है। कुछ सामग्री विशिष्ट प्रतिक्रियाओं के लिए सक्रियण ऊर्जा कम करत है, जेहिसे उ कम अतिशक्तिमान मा तेजी से आगे बढ़ सकत है। प्लैटिनम हाइड्रोजन ऑक्सीकरण अउर ऑक्सीजन मा कमी का प्रभावी ढंग से उत्प्रेरित करत है, जेहिसे लागत के बावजूद ईंधन कोशिका इलेक्ट्रोड के लिए मूल्यवान होत है।

इलेक्ट्रोड{{0}इलेक्ट्रोलाइट इंटरफेस मा एक जटिल संरचना होत है जेका विद्युत डबल परत कहा जात है। यह क्षेत्र कुछ नैनोमीटर पर चार्ज करत है, जेहिसे 10⁷ V/cm तक पहुंचत तीव्र विद्युत क्षेत्र होत है। डबल लेयर एक संधारित्र के तरह काम करत है, स्टोरिंग चार्ज जवन इलेक्ट्रोकेमिकल रिएक्शन गतिकी का प्रभावित करत है।

घोल म आयन खुद को आवेशित इलेक्ट्रोड सतह के पास उधार द । कैटेशन नकारात्मक इलेक्ट्रोड के पास क्लस्टर करत हैं, जबकि आयन सकारात्मक इलेक्ट्रोड पर ध्यान केंद्रित करत हैं। ई आयन व्यवस्था इलेक्ट्रोड आवेश कय जांच करत है औ प्रभावित करत है कि जवन प्रजाति सतह तक पहुँच सकत है, प्रतिक्रिया करै कय खातिर। डबल परत संरचना गतिशील रूप से बदल जात है काहे से कि इलेक्ट्रोड संभावना भिन्न होत है, प्रतिक्रिया मार्ग अउर दर का प्रभावित करत है।

डबल परत प्रभाव को समझना इलेक्ट्रोकेमिकल सिस्टम को अनुकूलित करे के लिए महत्वपूर्ण साबित होत है। शोधकर्ता इन नैनोस्केल घटनाओं का अध्ययन बेहतर बैटरी इलेक्ट्रोड डिजाइन, जंग प्रतिरोध मा सुधार करै, अउर अधिक कुशल इलेक्ट्रोकैटेलिस्ट विकसित करै के लिए अध्ययन करत हैं। डबल परत का प्रतिनिधित्व करत है जहाँ आणविक - स्तर के रसायन मैक्रोस्कोपिक इलेक्ट्रिकल फेनोमेना से मिलत है।

गैल्वेनिक कोशिका सहज रासायनिक प्रतिक्रिया से बिजली पैदा करत हैं, जइसे कि बैटरी का डिस्चार्जिंग। इलेक्ट्रोलाइटिक कोशिका गैर-- प्रतिस्थापन प्रतिक्रिया कय चलावै कय खातिर लागू विद्युत ऊर्जा कय उपयोग करत हैं, जइसे कि चार्जिंग बैटरी या इलेक्ट्रोप्लेटिंग। प्रमुख भेद ई है कि का प्रतिक्रिया प्राकृतिक रूप से (गैलवैनिक) होत है या बाहरी शक्ति (इलेक्ट्रोलाइटिक) के जरूरत होत है।

हाँ, यद्यपि कम आम बात है। सॉलिड - राज्य बैटरी ठोस इलेक्ट्रोलाइट कय उपयोग करत हैं जवन उनके क्रिस्टल संरचना कय माध्यम से आयन कय संचालन करत हैं। हाई {{3}टेक्शन ठोस ऑक्साइड ईंधन कोशिका सिरेमिक इलेक्ट्रोलाइट का नियोजित करत है। कुछ गैस भी विशिष्ट परिस्थिति मा इलेक्ट्रोलाइट के रूप मा काम कर सकत हैं। हालांकि, बेहतर आयनिक चालकता के कारण तरल इलेक्ट्रोलाइट सबसे आम रहत है।

संतुलन मा, आगे अउर रिवर्स रिएक्शन रेट बिल्कुल संतुलन बनावत हैं। शुद्ध रासायनिक परिवर्तन नहीं होत है, यहै कारन सर्किट के माध्यम से इलेक्ट्रॉन नहीं बहत है। कोशिका संभावना शून्य तक गिर जात है काहे से कि सिस्टम अपने सबसे कम ऊर्जा अवस्था तक पहुंच जात है। रिएक्शनेंट जोड़ना या बाहरी वोल्टेज लागू करना प्रतिक्रिया को फिर से शुरू कर सकत है।

अधिक तापमान आम तौर पर आयन आंदोलन को तेज करके प्रतिक्रिया दर बढ़ जात है अउर सक्रियण ऊर्जा बाधा कम करत है। हालाँ क, अ धक गर्मी से बैटरी के घटक को नुकसान हो सकता है या रनवे रिए शन ट्रिगर हो सकती है। ठंडा तापमान नाटकीय रूप से प्रतिक्रिया धीमा करत है, बिजली के उत्पादन का कम करत है। हर इलेक्ट्रोकेमिकल सिस्टम मा पीक प्रदर्शन के लिए इष्टतम तापमान सीमा होत है।

इलेक्ट्रोकेमिकल रिएक्शन केमिस्ट्री अउर इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग का पुल करै वाले तरीकन से जउन हमरे दैनिक जीवन का लगातार छूत है। अपने स्मार्टफोन म बैटरी से लेकर धातु संरचनाओं पर एंटी -यात्रा कोटिंग से लेकर इलेक्ट्रोड सतह पर ये इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण प्रक्रिया आधुनिक तकनीक को संभव बनावत है। जब भी इलेक्ट्रोड, इलेक्ट्रोलाइट, और या तो रासायनिक प्रेरक बल या लागू वोल्टेज का सही संयोजन एक साथ आता है - elgant दक्षता के साथ रासायनिक और विद्युत रूप के बीच ऊर्जा परिवर्तित करना।

Electrochemical Reactions