ফ্যারাডের বিদ্যুৎচুম্বকীয় বিয়োজনের আইন – প্রথম ও দ্বিতীয় আইন (সমীকরণ ও সংজ্ঞা)

ফ্যারাডের ইলেকট্রোলিসিসের আইন

আমরা ফ্যারাডের ইলেকট্রোলিসিসের আইন বুঝতে গেলে, প্রথমে একটি ধাতু সালফেটের ইলেকট্রোলিসিস প্রক্রিয়া বুঝতে হবে।

যখন কোনও ইলেকট্রোলাইট যেমন ধাতু সালফেট পানিতে দ্রবীভূত হয়, তখন এর অণুগুলি ধনাত্মক ও ঋণাত্মক আয়নে বিভক্ত হয়। ধনাত্মক আয়ন (অথবা ধাতু আয়ন) শক্তি উৎসের ঋণাত্মক টার্মিনালে সংযুক্ত ইলেকট্রোডে চলে যায়, যেখানে এই ধনাত্মক আয়নগুলি ইলেকট্রন গ্রহণ করে এবং একটি শুদ্ধ ধাতু হয়ে পড়ে এবং ইলেকট্রোডে জমা হয়।

ঋণাত্মক আয়ন (অথবা সালফিয়ন) শক্তি উৎসের ধনাত্মক টার্মিনালে সংযুক্ত ইলেকট্রোডে চলে যায়, যেখানে এই ঋণাত্মক আয়নগুলি তাদের অতিরিক্ত ইলেকট্রন ছেড়ে দেয় এবং SO4 র‌্যাডিকাল হয়। কারণ SO4 ইলেকট্রিক্যালি নিরপেক্ষ অবস্থায় থাকতে পারে না, তাই এটি ধাতু ধনাত্মক ইলেকট্রোডকে আক্রমণ করে - একটি ধাতু সালফেট গঠন করে যা আবার পানিতে দ্রবীভূত হবে।

ফ্যারাডের ইলেকট্রোলিসিসের আইন হল গাণিতিক সম্পর্ক যা উপরোক্ত দুটি ঘটনাকে বর্ণনা করে।

ফ্যারাডের ইলেকট্রোলিসিসের প্রথম আইন

উপরের সংক্ষিপ্ত ব্যাখ্যা থেকে স্পষ্ট যে, বহিঃপ্রকৃতির শক্তি উৎসের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত বিদ্যুৎ প্রবাহ পুরোপুরি নির্ভর করে কতটি ইলেকট্রন ঋণাত্মক ইলেকট্রোড বা ক্যাথোড থেকে ধনাত্মক ধাতু আয়ন বা ক্যাটায়নে স্থানান্তরিত হয়। যদি ক্যাটায়নের বালেন্সি দুই হয়, যেমন Cu++, তাহলে প্রতিটি ক্যাটায়নের জন্য ক্যাথোড থেকে ক্যাটায়নে দুইটি ইলেকট্রন স্থানান্তরিত হবে। আমরা জানি যে, প্রতিটি ইলেকট্রনের ঋণাত্মক তড়িচ্চার্জ – 1.602 × 10-19 কুলম্ব এবং বলা যাক এটি – e। তাই প্রতিটি Cu পরমাণু ক্যাথোডে জমা হওয়ার জন্য, ক্যাথোড থেকে ক্যাটায়নে – 2.e তড়িচ্চার্জ স্থানান্তরিত হবে।

এখন ধরা যাক, t সময়ে n সংখ্যক তামা পরমাণু ক্যাথোডে জমা হয়, তাহলে মোট তড়িচ্চার্জ স্থানান্তরিত হবে – 2.n.e কুলম্ব। জমা হওয়া তামার ভর m স্পষ্টতই জমা হওয়া পরমাণুর সংখ্যার একটি ফাংশন। তাই, এটি সিদ্ধান্ত নেওয়া যায় যে, জমা হওয়া তামার ভর ইলেকট্রোলাইট দিয়ে প্রবাহিত তড়িচ্চার্জের পরিমাণের সাথে সরাসরি সমানুপাতিক। তাই জমা হওয়া তামার ভর m ∝ Q তড়িচ্চার্জ পরিমাণ ইলেকট্রোলাইট দিয়ে প্রবাহিত হয়।

ফ্যারাডের ইলেকট্রোলিসিসের প্রথম আইন বলে যে, ইলেকট্রোলাইট দিয়ে প্রবাহিত বিদ্যুৎ প্রবাহের ফলে রাসায়নিক জমা হওয়া পদার্থের ভর ইলেকট্রোলাইট দিয়ে প্রবাহিত তড়িচ্চার্জের (কুলম্ব) পরিমাণের সাথে সরাসরি সমানুপাতিক।

অর্থাৎ, রাসায়নিক জমা হওয়া পদার্থের ভর:

যেখানে, Z হল সমানুপাতিক ধ্রুবক এবং এটি পদার্থের ইলেকট্রো-রাসায়নিক সমতুল্য হিসাবে পরিচিত।

আমরা যদি উপরের সমীকরণে Q = 1 কুলম্ব বসাই, তাহলে আমরা Z = m পাব, যার অর্থ যে কোনও পদার্থের ইলেকট্রো-রাসায়নিক সমতুল্য হল তার দ্রবণ দিয়ে 1 কুলম্ব প্রবাহিত হওয়ার ফলে জমা হওয়া পদার্থের পরিমাণ। এই ধ্রুবকটি সাধারণত মিলিগ্রাম প্রতি কুলম্ব বা কিলোগ্রাম প্রতি কুলম্ব এককে প্রকাশ করা হয়।

ফ্যারাডের ইলেকট্রোলিসিসের দ্বিতীয় আইন

এখন পর্যন্ত আমরা শিখেছি যে, ইলেকট্রোলিসিসের ফলে জমা হওয়া রাসায়নিক পদার্থের ভর ইলেকট্রোলাইট দিয়ে প্রবাহিত তড়িচ্চার্জের পরিমাণের সাথে সমানুপাতিক। ইলেকট্রোলিসিসের ফলে জমা হওয়া রাসায়নিক পদার্থের ভর শুধুমাত্র ইলেকট্রোলাইট দিয়ে প্রবাহিত তড়িচ্চার্জের পরিমাণের সাথে সমানুপাতিক নয়, এটি অন্যান্য কিছু কারণেও নির্ভর করে। প্রতিটি পদার্থের তার নিজস্ব পরমাণু ওজন থাকে। তাই, একই সংখ্যক পরমাণুর জন্য, ভিন্ন পদার্থের ভর ভিন্ন হবে।

আবার, ইলেকট্রোডে জমা হওয়া পরমাণুর সংখ্যা তাদের বালেন্সির উপর নির্ভর করে। যদি বালেন্সি বেশি হয়, তাহলে একই পরিমাণ তড়িচ্চার্জের জন্য জমা হওয়া পরমাণুর সংখ্যা কম হবে, আবার যদি বালেন্সি কম হয়, তাহলে একই পরিমাণ তড়িচ্চার্জের জন্য জমা হওয়া পরমাণুর সংখ্যা বেশি হবে।

তাই, একই পরিমাণ তড়িচ্চার্জ বা তড়িচ্চার্জ ভিন্ন ইলেকট্রোলাইট দিয়ে প্রবাহিত হলে, জমা হওয়া রাসায়নিক পদার্থের ভর তার পরমাণু ওজনের সাথে সরাসরি সমানুপাতিক এবং তার বালেন্সির সাথে ব্যস্ত সমানুপাতিক।

ফ্যারাডের ইলেকট্রোলিসিসের দ্বিতীয় আইন বলে যে, যখন একই পরিমাণ তড়িচ্চার্জ ভিন্ন ইলেকট্রোলাইট দিয়ে প্রবাহিত হয়, তখন জমা হওয়া পদার্থের ভর তাদের যথাযথ রাসায়নিক সমতুল্য বা সমতুল্য ওজনের সাথে সমানুপাতিক।

রাসায়নিক সমতুল্য বা সমতুল্য ওজন

একটি পদার্থের রাসায়নিক সমতুল্য বা সমতুল্য ওজন ফ্যারাডের ইলেকট্রোলিসিসের আইন দ্বারা নির্ধারণ করা যায়, এবং এটি হল ঐ পদার্থের ওজন, যা হাইড্রোজেনের একক ওজন সঙ্গে সংযুক্ত হবে বা প্রতিস্থাপিত হবে।