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विद्युत-अपघटन: बिजली से यौगिक को तोड़ना

विद्युत-अपघटन में दिष्ट धारा (DC) से किसी पिघले या घुले आयनिक यौगिक (विद्युत-अपघट्य) को तोड़ा जाता है। धनायन कैथोड (−) पर जाकर इलेक्ट्रॉन लेते हैं (अपचयन)। ऋणायन ऐनोड (+) पर जाकर इलेक्ट्रॉन देते हैं (ऑक्सीकरण)। पिघले यौगिक से धातु और अधातु मिलती है। विलयन में पानी के H⁺ और OH⁻ भी होते हैं: कैथोड पर हाइड्रोजन बनती है जब तक धातु हाइड्रोजन से कम क्रियाशील न हो, और ऐनोड पर ऑक्सीजन बनती है जब तक हैलाइड न हो। ऐलुमिनियम जैसी क्रियाशील धातुएँ विद्युत-अपघटन से निकाली जाती हैं।

🎬 कदम-दर-कदम कहानी

  1. दो छड़ों के बीच एक ठोस आयनिक यौगिक रखा है। आयन अपनी जगह जकड़े हैं, इसलिए धारा नहीं बहती और बल्ब बुझा रहता है।
  2. पिघलने पर आयन आज़ाद हो जाते हैं। धनायन ऋण छड़ (कैथोड) की ओर और ऋणायन धन छड़ (ऐनोड) की ओर चलते हैं।
  3. कैथोड पर धनायन इलेक्ट्रॉन लेकर धातु बन जाते हैं। ऐनोड पर ऋणायन इलेक्ट्रॉन देकर गैस बन जाते हैं। इन्हें अर्ध-समीकरण कहते हैं।
  4. विलयन में पानी H⁺ और OH⁻ आयन भी देता है। कम क्रियाशील जीतता है: नमक के पानी से कैथोड पर सोडियम नहीं, हाइड्रोजन मिलती है।
  5. ऐलुमिनियम कार्बन से नहीं निकलता, इसलिए पिघले ऐलुमिनियम ऑक्साइड का विद्युत-अपघटन करते हैं। बनी ऑक्सीजन कार्बन ऐनोड को जला देती है।
  6. अब आपकी बारी: कोई विद्युत-अपघट्य चुनिए, उत्पाद का अंदाज़ा लगाइए, फिर 3D सेल में जाँचिए।

टिप: 3D दृश्य को घुमाने के लिए खींचें। ज़ूम के लिए दो उंगलियाँ इस्तेमाल करें।

🤔 आम शंकाएँ और उनके जवाब

यौगिक को पिघलाना या घोलना क्यों ज़रूरी है?

ठोस में आयन जाली में जकड़े रहते हैं। पिघलाने या घोलने से वे आज़ाद होकर आवेश ले जा सकते हैं।

धनायन ऋण इलेक्ट्रोड की ओर क्यों जाते हैं?

विपरीत आवेश आकर्षित करते हैं। कैथोड ऋण है, इसलिए धनायनों को खींचता है।

इलेक्ट्रॉन असल में कहाँ जाते हैं?

कैथोड पर आयन इलेक्ट्रोड से इलेक्ट्रॉन लेते हैं। ऐनोड पर आयन इलेक्ट्रोड को इलेक्ट्रॉन देते हैं, जो तार से होकर स्रोत तक लौटते हैं।

नमक के पानी से सोडियम क्यों नहीं मिलता?

पानी H⁺ आयन भी देता है। हाइड्रोजन सोडियम से कम क्रियाशील है, इसलिए वही पहले निकलती है।

कार्बन ऐनोड छोटा क्यों होता जाता है?

ऐनोड पर बनी ऑक्सीजन बहुत गरम होती है और कार्बन से मिलकर कार्बन डाइऑक्साइड गैस बना देती है।

विद्युत-अपघटन क्या है?

विद्युत-अपघटन का मतलब है "बिजली से तोड़ना"। हम आयनों वाले द्रव में दिष्ट धारा (DC) भेजते हैं। इस द्रव को विद्युत-अपघट्य (electrolyte) कहते हैं।

तार में धारा इलेक्ट्रॉन ले जाते हैं; विद्युत-अपघट्य में चलते हुए आयन।

पिघले आयनिक यौगिकों का विद्युत-अपघटन

पिघले आयनिक यौगिक में सिर्फ़ दो तरह के आयन होते हैं, इसलिए उत्पाद बताना आसान है:

उदाहरण: पिघला लेड(II) ब्रोमाइड, PbBr₂, कैथोड पर स्लेटी लेड और ऐनोड पर भूरी ब्रोमीन वाष्प देता है। पिघला सोडियम क्लोराइड सोडियम और क्लोरीन देता है।

पहले ठोस को गरम करके पिघलाना ज़रूरी है। ठोस में आयन जाली में जकड़े रहते हैं, इसलिए धारा नहीं बहती।

इलेक्ट्रोड पर अर्ध-समीकरण

अर्ध-समीकरण (half equation) एक इलेक्ट्रोड पर होने वाली क्रिया दिखाता है, इलेक्ट्रॉन को e⁻ लिखते हैं।

और उदाहरण: Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu  ·  2H⁺ + 2e⁻ → H₂  ·  2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻  ·  4OH⁻ → O₂ + 2H₂O + 4e⁻  ·  Al³⁺ + 3e⁻ → Al  ·  2O²⁻ → O₂ + 4e⁻

जाँचिए: दोनों ओर परमाणु और आवेश बराबर हों।

जलीय विलयनों का विद्युत-अपघटन

पानी थोड़ा-सा H⁺ और OH⁻ आयनों में टूटता है। इसलिए विलयन में दो धनायन और दो ऋणायन होड़ करते हैं।

कैथोड पर: हाइड्रोजन बनती है, जब तक धातु हाइड्रोजन से कम क्रियाशील न हो (कॉपर, चाँदी, सोना)। तब धातु बनती है।

ऐनोड पर: ऑक्सीजन बनती है, जब तक विलयन में हैलाइड आयन (Cl⁻, Br⁻, I⁻) न हो। तब हैलोजन बनता है।

विलयनकैथोडऐनोड
सोडियम क्लोराइड (लवण जल)हाइड्रोजनक्लोरीन
कॉपर(II) सल्फेटकॉपरऑक्सीजन
तनु सल्फ़्यूरिक अम्लहाइड्रोजनऑक्सीजन
कॉपर(II) क्लोराइडकॉपरक्लोरीन

लवण जल में Na⁺ और OH⁻ बचे रहते हैं, इसलिए विलयन सोडियम हाइड्रॉक्साइड बन जाता है, जो एक उपयोगी क्षार है।

धातु निकालने में विद्युत-अपघटन

कार्बन से ज़्यादा क्रियाशील धातुएँ (ऐलुमिनियम, सोडियम, मैग्नीशियम) उनके ऑक्साइड को कार्बन के साथ गरम करके नहीं मिलतीं। इनके लिए विद्युत-अपघटन चाहिए, जिसमें बहुत बिजली लगती है, इसलिए यह महँगा है।

खुद आज़माइए: घर पर छोटा प्रयोग (बड़ों के साथ)

नमक वाले पानी के कप में दो पेंसिल की लीड (ग्रेफ़ाइट) डालिए और क्लिप वाले तारों से 9 V की बैटरी से जोड़िए। दोनों लीड पर बुलबुले देखिए। ऋण वाली लीड पर ज़्यादा बुलबुले (हाइड्रोजन) बनते हैं। खुली खिड़की के पास, सिर्फ़ एक मिनट करें, और कभी भी घर की मेन बिजली न लगाएँ। अब अंदाज़ा लगाइए: चीनी के पानी में क्या होगा? (कुछ नहीं: चीनी में आयन नहीं होते।)

मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ

हल किए गए उदाहरण

1. पिघले ज़िंक क्लोराइड, ZnCl₂, के विद्युत-अपघटन के उत्पाद बताइए।

पिघला → सिर्फ़ Zn²⁺ और Cl⁻। कैथोड: ज़िंक (Zn²⁺ + 2e⁻ → Zn)। ऐनोड: क्लोरीन (2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻)।

2. जलीय पोटैशियम ब्रोमाइड, KBr(aq), के उत्पाद बताइए।

कैथोड: पोटैशियम हाइड्रोजन से ज़्यादा क्रियाशील है, इसलिए हाइड्रोजन (2H⁺ + 2e⁻ → H₂)। ऐनोड: ब्रोमाइड हैलाइड है, इसलिए ब्रोमीन (2Br⁻ → Br₂ + 2e⁻)। विलयन में पोटैशियम हाइड्रॉक्साइड बचता है।

3. जलीय सिल्वर नाइट्रेट, AgNO₃(aq), के उत्पाद बताइए।

कैथोड: चाँदी हाइड्रोजन से कम क्रियाशील है, इसलिए चाँदी (Ag⁺ + e⁻ → Ag)। ऐनोड: नाइट्रेट हैलाइड नहीं है, इसलिए ऑक्सीजन (4OH⁻ → O₂ + 2H₂O + 4e⁻)।

4. ऐलुमिनियम निष्कर्षण में कार्बन ऐनोड क्यों बदलने पड़ते हैं, और क्रायोलाइट क्यों मिलाते हैं?

ऐनोड पर बनी ऑक्सीजन गरम कार्बन से क्रिया करती है: C + O₂ → CO₂, इसलिए ऐनोड घिसता जाता है। क्रायोलाइट गलनांक 2000 °C से ऊपर से घटाकर लगभग 950 °C कर देता है, जिससे ऊर्जा और पैसा बचता है।

आम गलतियाँ

अभ्यास क्विज़

1. कौन-सा इलेक्ट्रोड धनायनों को खींचता है?
2. ठोस सोडियम क्लोराइड बिजली क्यों नहीं चलाता?
3. अक्रिय इलेक्ट्रोड से कॉपर(II) सल्फेट विलयन के उत्पाद:
4. कौन-सा अर्ध-समीकरण अपचयन दिखाता है?
5. ऐलुमिनियम ऑक्साइड को क्रायोलाइट में क्यों घोलते हैं?

अभ्यास: खुद जवाब दो

अपना जवाब लिखो या चुनो, फिर जाँचें दबाओ। अटको तो संकेत देखो; जवाब देने के बाद पूरा हल दिखेगा।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

विद्युत-अपघटन आसान शब्दों में क्या है?

बिजली से किसी यौगिक को सरल पदार्थों में तोड़ना। यौगिक पिघला या घुला होना चाहिए ताकि आयन इलेक्ट्रोड तक जा सकें।

कैथोड और ऐनोड पर क्या बनता है?

कैथोड (−) पर धातु या हाइड्रोजन। ऐनोड (+) पर अधातु, जैसे ऑक्सीजन, क्लोरीन, ब्रोमीन या आयोडीन।

कौन-सी धातुएँ विद्युत-अपघटन से निकाली जाती हैं?

कार्बन से ज़्यादा क्रियाशील धातुएँ, जैसे ऐलुमिनियम, सोडियम, पोटैशियम, कैल्शियम और मैग्नीशियम।

यह कहाँ पढ़ाया जाता है

इंग्लैंडYear 104.4 Chemical changes
इंग्लैंडYear 105.4 Chemical changes

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