अक्सर यह निर्धारित करने में समस्या होती है कि कौन सा इलेक्ट्रोड कैथोड है और कौन सा एनोड है। पहले आपको शर्तों को समझने की जरूरत है।
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कैथोड और एनोड की अवधारणा - एक सरल व्याख्या
जटिल पदार्थों में, इलेक्ट्रॉनों को यौगिकों में परमाणुओं के बीच असमान रूप से वितरित किया जाता है। बातचीत के परिणामस्वरूप, कण एक पदार्थ के परमाणु से दूसरे पदार्थ के परमाणु में चले जाते हैं। अभिक्रिया को रेडॉक्स कहते हैं। इलेक्ट्रॉनों के नुकसान को ऑक्सीकरण कहा जाता है, और जो तत्व इलेक्ट्रॉनों को दान करता है उसे कम करने वाला एजेंट कहा जाता है।
इलेक्ट्रॉनों के योग को अपचयन कहते हैं, इस प्रक्रिया में प्राप्त करने वाला तत्व ऑक्सीकारक होता है। कम करने वाले एजेंट से ऑक्सीकरण एजेंट में इलेक्ट्रॉनों का स्थानांतरण बाहरी सर्किट के माध्यम से आगे बढ़ सकता है, और फिर इसे विद्युत ऊर्जा के स्रोत के रूप में उपयोग किया जा सकता है।वे उपकरण जिनमें रासायनिक अभिक्रिया की ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है, गैल्वेनिक सेल कहलाते हैं।
गैल्वेनिक सेल का सबसे सरल शास्त्रीय उदाहरण विभिन्न धातुओं से बनी दो प्लेटें हैं और एक इलेक्ट्रोलाइट समाधान में डूबी हुई हैं। ऐसी प्रणाली में, एक धातु पर ऑक्सीकरण होता है, और दूसरी पर कमी होती है।
महत्वपूर्ण! जिस इलेक्ट्रोड पर ऑक्सीकरण होता है उसे एनोड कहा जाता है। जिस इलेक्ट्रोड पर अपचयन होता है वह कैथोड होता है।
स्कूल रसायन विज्ञान की पाठ्यपुस्तकों से, कॉपर-जिंक गैल्वेनिक सेल का एक उदाहरण जाना जाता है, जो जिंक और कॉपर सल्फेट के बीच प्रतिक्रिया की ऊर्जा के कारण काम करता है। जैकोबी-डैनियल डिवाइस में, एक कॉपर प्लेट को कॉपर सल्फेट के घोल (कॉपर इलेक्ट्रोड) में रखा जाता है, एक जिंक प्लेट को जिंक सल्फेट के घोल (जिंक इलेक्ट्रोड) में डुबोया जाता है। जिंक इलेक्ट्रोड विलयन को धनायन देता है, इसमें एक अतिरिक्त धनात्मक आवेश बनाता है, और कॉपर इलेक्ट्रोड पर विलयन को धनायनों में समाप्त कर दिया जाता है, यहाँ समाधान ऋणात्मक रूप से आवेशित होता है।
बाहरी सर्किट को बंद करने से जिंक इलेक्ट्रोड से कॉपर इलेक्ट्रोड में इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह होता है। चरण सीमाओं पर संतुलन संबंध बाधित होते हैं। ऑक्सीकरण-कमी प्रतिक्रिया होती है।
एक सहज रासायनिक प्रतिक्रिया की ऊर्जा विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है।
यदि किसी रासायनिक अभिक्रिया को विद्युत धारा की बाहरी ऊर्जा द्वारा उकसाया जाता है, तो इलेक्ट्रोलिसिस नामक एक प्रक्रिया होती है। इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान होने वाली प्रक्रियाएं गैल्वेनिक सेल के संचालन के दौरान होने वाली प्रक्रियाओं के विपरीत होती हैं।
ध्यान! इलेक्ट्रोड जहां कमी होती है उसे कैथोड भी कहा जाता है, लेकिन इलेक्ट्रोलिसिस में इसे नकारात्मक रूप से चार्ज किया जाता है, जबकि एनोड को सकारात्मक चार्ज किया जाता है।
इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री में आवेदन
एनोड और कैथोड कई रासायनिक प्रतिक्रियाओं में भाग लेते हैं:
- इलेक्ट्रोलिसिस;
- विद्युत निष्कर्षण;
- विद्युत चढ़ाना;
- इलेक्ट्रोटाइप।
धातुएं पिघले हुए यौगिकों और जलीय घोलों के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा प्राप्त की जाती हैं, धातुओं को अशुद्धियों से शुद्ध किया जाता है और मूल्यवान घटकों को निकाला जाता है (इलेक्ट्रोलाइटिक शोधन)। साफ करने के लिए धातु से प्लेटें डाली जाती हैं। उन्हें इलेक्ट्रोलाइज़र में एनोड के रूप में रखा जाता है। विद्युत प्रवाह के प्रभाव में, धातु का विघटन होता है। इसके धनायन विलयन में चले जाते हैं और कैथोड पर निर्मुक्त हो जाते हैं, जिससे शुद्ध धातु जमा हो जाती है। मूल अशुद्ध धातु की प्लेट में निहित अशुद्धियाँ या तो एनोड कीचड़ के रूप में अघुलनशील रहती हैं या इलेक्ट्रोलाइट में चली जाती हैं जहाँ उन्हें हटा दिया जाता है। तांबा, निकल, सीसा, सोना, चांदी, टिन इलेक्ट्रोलाइटिक शोधन के अधीन हैं।
इलेक्ट्रोएक्सट्रैक्शन इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान किसी धातु को विलयन से अलग करने की प्रक्रिया है। धातु को घोल में जाने के लिए, इसे विशेष अभिकर्मकों के साथ व्यवहार किया जाता है। प्रक्रिया के दौरान, कैथोड पर एक उच्च शुद्धता वाली धातु अवक्षेपित होती है। इस प्रकार जस्ता, तांबा, कैडमियम प्राप्त होता है।
जंग से बचने के लिए, ताकत देने के लिए, उत्पाद को सजाने के लिए, एक धातु की सतह को दूसरे की परत से ढक दिया जाता है। इस प्रक्रिया को इलेक्ट्रोप्लेटिंग कहा जाता है।
इलेक्ट्रोप्लेटिंग धातु इलेक्ट्रोडपोजिशन द्वारा थोक वस्तुओं से धातु की प्रतियां प्राप्त करने की प्रक्रिया है।
वैक्यूम इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में आवेदन
वैक्यूम डिवाइस में कैथोड और एनोड के संचालन के सिद्धांत को इलेक्ट्रॉन लैंप द्वारा प्रदर्शित किया जा सकता है।यह अंदर धातु भागों के साथ एक भली भांति बंद करके सील किए गए बर्तन जैसा दिखता है। डिवाइस का उपयोग विद्युत संकेतों को सुधारने, उत्पन्न करने और परिवर्तित करने के लिए किया जाता है। इलेक्ट्रोड की संख्या के अनुसार, हैं:
- डायोड;
- ट्रायोड;
- टेट्रोड;
- पेंटोड्स, आदि
डायोड एक वैक्यूम डिवाइस है जिसमें दो इलेक्ट्रोड, एक कैथोड और एक एनोड होता है। कैथोड शक्ति स्रोत के ऋणात्मक ध्रुव से जुड़ा है, एनोड - धनात्मक से। कैथोड का उद्देश्य विद्युत धारा द्वारा एक निश्चित तापमान तक गर्म करने पर इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन करना है। उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन कैथोड और एनोड के बीच एक स्पेस चार्ज बनाते हैं। स्पेस चार्ज के नकारात्मक संभावित अवरोध को पार करते हुए सबसे तेज़ इलेक्ट्रॉन एनोड की ओर भागते हैं। एनोड इन कणों को प्राप्त करता है। बाहरी सर्किट में एक एनोड करंट बनाया जाता है। इलेक्ट्रॉनिक प्रवाह को अतिरिक्त इलेक्ट्रोड द्वारा विद्युत क्षमता को लागू करके नियंत्रित किया जाता है। डायोड के माध्यम से प्रत्यावर्ती धारा को दिष्ट धारा में परिवर्तित किया जाता है।
इलेक्ट्रॉनिक्स में आवेदन
आज, अर्धचालक प्रकार के डायोड का उपयोग किया जाता है।
इलेक्ट्रॉनिक्स में, डायोड की संपत्ति को आगे की दिशा में प्रवाहित करने के लिए और विपरीत दिशा में पारित नहीं करने के लिए व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।
एलईडी का संचालन अर्धचालक क्रिस्टल के चमकने के गुण पर आधारित होता है जब पी-एन जंक्शन से आगे की दिशा में करंट प्रवाहित किया जाता है।
गैल्वेनिक प्रत्यक्ष वर्तमान स्रोत - बैटरी
विद्युत प्रवाह के रासायनिक स्रोत जिनमें प्रतिवर्ती प्रतिक्रियाएं होती हैं, उन्हें बैटरी कहा जाता है: उन्हें रिचार्ज किया जाता है और बार-बार उपयोग किया जाता है।
लीड बैटरी के संचालन के दौरान, एक रेडॉक्स प्रतिक्रिया होती है।धात्विक सीसा ऑक्सीकरण करता है, अपने इलेक्ट्रॉनों को दान करता है, लेड डाइऑक्साइड को कम करता है, जो इलेक्ट्रॉनों को स्वीकार करता है। बैटरी में लेड मेटल एनोड होता है और ऋणात्मक रूप से चार्ज होता है। लेड डाइऑक्साइड एक कैथोड है और धनावेशित है।
जैसे ही बैटरी डिस्चार्ज होती है, कैथोड और एनोड के पदार्थ और उनके इलेक्ट्रोलाइट, सल्फ्यूरिक एसिड का सेवन किया जाता है। बैटरी को चार्ज करने के लिए, यह एक करंट सोर्स (प्लस टू प्लस, माइनस टू माइनस) से जुड़ा होता है। करंट की दिशा अब इसके विपरीत है जब बैटरी को डिस्चार्ज किया गया था। इलेक्ट्रोड पर विद्युत रासायनिक प्रक्रियाएं "उलट" होती हैं। अब लेड इलेक्ट्रोड कैथोड बन जाता है, उस पर रिडक्शन प्रोसेस होता है और लेड डाइऑक्साइड एनोड बन जाता है, जिसमें ऑक्सीकरण प्रक्रिया हो रही है। बैटरी अपने संचालन के लिए आवश्यक पदार्थों को फिर से बनाती है।
भ्रम क्यों है?
समस्या इस तथ्य से उत्पन्न होती है कि एक निश्चित आवेश चिन्ह को एनोड या कैथोड से मजबूती से नहीं जोड़ा जा सकता है। अक्सर कैथोड एक सकारात्मक चार्ज इलेक्ट्रोड होता है, और एनोड एक नकारात्मक होता है। अक्सर, लेकिन हमेशा नहीं। यह सब इलेक्ट्रोड पर होने वाली प्रक्रिया पर निर्भर करता है।
ध्यान! इलेक्ट्रोलाइट में रखा गया हिस्सा एनोड और कैथोड दोनों हो सकता है। यह सब प्रक्रिया के उद्देश्य पर निर्भर करता है: आपको उस पर धातु की एक और परत लगाने या इसे हटाने की आवश्यकता है।
एनोड और कैथोड की पहचान कैसे करें
इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री में, एनोड इलेक्ट्रोड होता है जिस पर ऑक्सीकरण प्रक्रियाएं होती हैं, कैथोड इलेक्ट्रोड होता है जहां कमी होती है।
डायोड में, नल को एनोड और कैथोड कहा जाता है। डायोड के माध्यम से करंट प्रवाहित होगा यदि एनोड टैप "प्लस", "कैथोड" टैप - "माइनस" से जुड़ा है।
बिना काटे संपर्कों वाली एक नई एलईडी के लिए, एनोड और कैथोड को लंबाई से दृष्टिगत रूप से निर्धारित किया जाता है। कैथोड छोटा होता है।
यदि संपर्क कट जाते हैं, तो उनसे जुड़ी बैटरी मदद करेगी। प्रकाश तब दिखाई देगा जब ध्रुवों का मेल होगा।
एनोड और कैथोड साइन
इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री में, इलेक्ट्रोड के आरोपों के संकेतों के बारे में नहीं, बल्कि उन पर चल रही प्रक्रियाओं के बारे में बात करना अधिक सही है। कमी प्रतिक्रिया कैथोड पर होती है, और ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया एनोड पर होती है।
इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में, करंट के प्रवाह के लिए, कैथोड को करंट सोर्स के नेगेटिव पोल, एनोड से पॉजिटिव से जोड़ा जाता है।
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