11.2-Chemical Effects of Electric Current

11.2-Chemical Effects of Electric Current Important Formulae

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11.2 - Chemical Effects of Electric Current
  • Electric current can cause chemical reactions, known as chemical effects.
  • When electric current passes through a conducting solution, it can decompose the substance.
  • This process is called electrolysis.
  • Electrolysis involves the movement of ions towards electrodes where chemical reactions occur.
  • For example, water can be split into hydrogen and oxygen gases using electric current.
  • Electroplating is a common application where a metal is coated on another surface.
  • The relationship between electric charge and the amount of substance produced is given by the formula: $m = \dfrac{M I t}{n F}$, where:
    • $m$ = mass of the substance deposited
    • $M$ = molar mass of the substance
    • $I$ = current
    • $t$ = time
    • $n$ = valency of the substance
    • $F$ = Faraday's constant

11.2 - Chemical Effects of Electric Current

The passage of electric current through a conductor can cause various chemical changes. This phenomenon is known as the chemical effects of electric current. These effects are used in many applications, such as electroplating, extraction of metals, and electrolysis. The chemical effects occur because the electric current causes ions in the electrolyte to move and participate in chemical reactions.

When an electric current passes through a conducting solution (electrolyte), it causes the ions in the solution to move towards the electrodes. The positive ions move towards the negative electrode (cathode), and the negative ions move towards the positive electrode (anode). At these electrodes, chemical reactions occur, leading to the formation of new substances.

Electrolysis

Electrolysis is a process in which an electric current is used to drive a non-spontaneous chemical reaction. During electrolysis, the electrolyte (a solution or molten compound) undergoes decomposition. The products formed at the electrodes depend on the type of electrolyte used. For example, when a current passes through water, the water molecules decompose into hydrogen and oxygen gases.

For water electrolysis, the reactions at the electrodes are:

  • At the cathode (reduction): $2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 + 2OH^-$
  • At the anode (oxidation): $2H_2O \rightarrow O_2 + 4H^+ + 4e^-$

These reactions show that water decomposes into hydrogen gas at the cathode and oxygen gas at the anode.

Electroplating

Electroplating is the process of coating a metal object with a thin layer of another metal using electrolysis. This is widely used for decorative purposes and to prevent corrosion. In electroplating, the object to be plated is made the cathode, and the metal to be plated is made the anode. The electrolyte contains the metal salt, and the metal ions are reduced at the cathode, forming a metallic layer.

The general reaction for electroplating a metal (say, silver) can be represented as:

  • At the cathode (reduction): $Ag^+ + e^- \rightarrow Ag$
  • At the anode (oxidation): $Ag \rightarrow Ag^+ + e^-$

Here, silver ions from the electrolyte are reduced to form a thin layer of silver on the cathode (the object being plated), while silver metal from the anode dissolves into the solution as silver ions.

Electrolysis of Copper Sulfate Solution

When an electric current passes through a copper sulfate solution, copper metal is deposited at the cathode, and oxygen gas is released at the anode. The reactions at the electrodes are:

  • At the cathode (reduction): $Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu$
  • At the anode (oxidation): $4OH^- \rightarrow O_2 + 2H_2O + 4e^-$

This process is commonly used for the purification of copper, where impure copper is used as the anode and pure copper is deposited at the cathode.

Applications of Chemical Effects of Electric Current

Some common applications of chemical effects of electric current include:

  • Electroplating – coating a metal with another metal to prevent corrosion or for decoration.
  • Electrorefining – purifying metals like copper.
  • Extraction of metals – certain metals can be extracted from their ores using electrolysis.
  • Electrolysis in industries – used for producing chemicals such as chlorine and sodium hydroxide.

The chemical effects of electric current have numerous practical applications in various fields such as industry, technology, and daily life.

11.2 रासायनिक प्रभाव विद्युत धारा के

जब किसी तरल पदार्थ से विद्युत धारा प्रवाहित होती है, तो उसमें विभिन्न प्रकार की रासायनिक प्रतिक्रियाएँ होती हैं। इसे विद्युत धारा के रासायनिक प्रभाव कहते हैं। ये प्रभाव अलग-अलग प्रकार के होते हैं और कई महत्वपूर्ण प्रक्रियाओं में उपयोगी होते हैं।

विद्युत चालकता

सभी तरल पदार्थ विद्युत चालक नहीं होते। जो तरल पदार्थ विद्युत धारा को प्रवाहित करने देते हैं, उन्हें विद्युत चालक कहते हैं, जैसे नमकीन पानी और अम्लीय विलयन। जो तरल पदार्थ विद्युत धारा को प्रवाहित नहीं होने देते, उन्हें अचालक कहते हैं, जैसे शुद्ध जल और शर्करा का विलयन।

विद्युत अपघटन

जब विद्युत धारा किसी विद्युत चालक तरल से गुजरती है, तो यह रासायनिक प्रतिक्रिया उत्पन्न करती है। इसे विद्युत अपघटन कहते हैं। उदाहरण के लिए, पानी का विद्युत अपघटन $H_2O$ को $H_2$ (हाइड्रोजन गैस) और $O_2$ (ऑक्सीजन गैस) में विभाजित करता है।

विद्युत अपघटन का प्रयोग
  • धातुओं का परिष्करण: अशुद्ध धातु को शुद्ध धातु में बदलने के लिए विद्युत अपघटन का उपयोग किया जाता है।
  • धातुओं का लेपन: धातु की सतह पर दूसरी धातु की परत चढ़ाने के लिए इसे उपयोग में लिया जाता है।
  • रासायनिक यौगिकों का निर्माण: रासायनिक उद्योगों में विभिन्न यौगिकों को तैयार करने में इसका उपयोग होता है।
विद्युत अपघटन के लिए आवश्यकताएँ
  1. विद्युत चालक तरल पदार्थ
  2. विद्युत स्रोत, जैसे बैटरी
  3. इलेक्ट्रोड, जो धारा को तरल में प्रवेश करने देते हैं
विद्युत अपघटन का नियम

विद्युत अपघटन की मात्रा प्रवाहित विद्युत धारा और समय के अनुपात में होती है। इसे फैराडे के विद्युत अपघटन के नियम के द्वारा व्यक्त किया जाता है:

$m = Z \cdot I \cdot t$

जहाँ,

  • $m$ = विद्युत अपघटन द्वारा निर्मित पदार्थ का द्रव्यमान
  • $Z$ = इलेक्ट्रोकेमिकल तुल्यांक
  • $I$ = प्रवाहित विद्युत धारा
  • $t$ = समय
उदाहरण

यदि तांबे के सल्फेट ($CuSO_4$) के विलयन में दो इलेक्ट्रोड डालकर विद्युत धारा प्रवाहित की जाए, तो तांबा धनात्मक इलेक्ट्रोड (एनोड) पर अपघटित होकर ऋणात्मक इलेक्ट्रोड (कैथोड) पर जम जाता है।

रासायनिक प्रभाव के अनुप्रयोग
  • धातु लेपन
  • शुद्ध धातु प्राप्त करना
  • बैटरी और सेल का निर्माण