අධ්යාපන ලෝකයට
ඔබේ දැනුම වර්ධනය කරගන්නා ගමන අදම අරඹන්න. නව තාක්ෂණය සමඟ පෙරට යන්න.
සාදරයෙන් පිළිගනිමු!
ඇතුලත් වීමට ඔබගේ ගිණුමේ තොරතුරු ලබා දෙන්න
ගෘහස්ථ විදුලි බලයෙන් ක්රියා කරන උපකරණ මෙන් ම විද්යුත් - රසායනික කෝෂ/බැටරි (Electrochemical Cells/Batteries) මගින් ක්රියාත්මක වන උපකරණ ද එදිනෙදා කටයුතුවල දී නිතර භාවිත කරනු ලැබේ.
සෙල්ලම් කාර්, විදුලි පන්දම්, ගණක යන්ත්ර (Calculators), පරිගණක, ජංගම දුරකතන ආදිය විද්යුත් - රසායනික කෝෂ මඟින් ක්රියා කරන උපකරණ සදහා නිදසුන් කිහිපයකි.
ඉහත නිදසුන් ලෙස දැක්වූ උපකරණවල භාවිත වන විද්යුත් - රසායනික කෝෂ/බැටරි (Electrochemical Cells/Batteries) ප්රමාණයෙන් කුඩා ඒවා ය. මෝටර් රථ පණගැන්වීම (Start) සඳහා භාවිත වන බැටරිය ප්රමාණයෙන් විශාල ය. එම බැටරිය, විද්යුත් - රසායනික කෝෂ කිහිපයක එකතුවකි.
විද්යුත් - රසායනික කෝෂ පිළිබද ව ඔබ මීට පෙර ශ්රේණිවල දී අධ්යයනය කර ඇත. එම කෝෂවල දී ඒවායේ අඩංගු රසායනික සංයෝගවල ගැබ්ව ඇති රසායනික ශක්තිය, විද්යුත් ශක්තිය බවට පරිවර්තනය කෙරේ. විද්යුත් - රසායනික කෝෂවල දී සිදු වන ප්රතික්රියා සහ එම කෝෂවල ක්රියාකාරීත්වය පිළිබඳ ව වැඩිදුරටත් අධ්යයනය කිරීම මෙහි දී සිදු කෙරේ.
සින්ක් ලෝහ පරමාණු සින්ක් (Zn) ලෝහය මත ඉලෙක්ට්රෝන රඳවමින් සින්ක් අයන (Zn2+) ලෙස ද්රාවණගත වේ. මෙහි දී ඉලෙක්ට්රෝන සින්ක් තහඩුව මත රැස් වේ. මෙම ක්රියාව රසායනික සංකේත භාවිතයෙන් පහත ආකාරයට නිරූපණය කළ හැකි ය.
Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e-
සල්ෆියුරික් අම්ලය (Sulfuric acid) ජලයේ දී හයිඩ්රජන් අයන (H+) හා සල්ෆේට් අයන (SO42-) බවට විඝටනය වේ. එය පහත දැක්වෙන ආකාරයට නිරූපණය කළ හැකි ය.
H2SO4(aq) → 2H+(aq) + SO42-(aq)
ද්රාවණයේ ඇති H+ අයන, සින්ක් තහඩුව මත ඇති ඉලෙක්ට්රෝන ලබා ගැනීමට, සින්ක් තහඩුව වෙත ආකර්ෂණය වේ. ඉලෙක්ට්රෝන ලබාගත් H+ අයන හයිඩ්රජන් වායුව (H2) බවට පත් වේ. මෙම ක්රියාව පහත ආකාරයට රසායනික සංකේත භාවිතයෙන් නිරූපණය කළ හැකි ය.
2H+(aq) + 2e- → H2 (g)
යම් රසායනික ප්රභේදයක් ඉලෙක්ට්රෝන ලබා ගනිමින් හෝ පිට කරමින් හෝ වෙනත් ප්රභේදයක් බවට පත්වීම නිරූපණය කරමින් ලියා ඇති ඉහත 1 හා 2 ආකාරයේ ප්රතික්රියා ‘අර්ධ ප්රතික්රියා’ ලෙස හැඳින්වේ. අර්ධ ප්රතික්රියා දෙකක් සුදුසු පරිදි එකතු කිරීමෙන් තුලිත අයනික ප්රතික්රියාව ලබා ගත හැකි ය.
Zn(s) → Zn2+ (aq) + 2e-
2H+(aq) + 2e- → H2 (g)
Zn(s) + 2H+ (aq) + 2e- → Zn2+(aq) + 2e- + H2 (g)
Zn(s) + 2H+ (aq) → Zn2+ (aq) + H2 (g)
මෙම ප්රතික්රියාව තුලිත රසායනික සමීකරණයක් ආකාරයට දැක්වීම මීළඟට සලකා බලමු. ද්රාවණයට H+ අයන ලැබුණේ සල්ෆියුරික් අම්ලය (H2SO4) විඝටනය වීමෙනි. සල්ෆියුරික් අම්ලය විඝටනයේ දී H+ අයනවලට අමතර ව SO42- අයන ද මාධ්යයට එකතු වේ. නමුත් ප්රතික්රියාවේ දී SO42- අයන වෙනසකට ලක් නො වේ. එබැවින් SO42- දෙපසට ම එකතු කරමු.
Zn (s) + 2H+(aq) + SO42- (aq) → Zn2+(aq) + SO42- (aq) + H2 (g)
H2SO4
Zn (s)+ H2SO4(aq) → ZnSO4 ZnSO4(aq) + H2 (g)
සින්ක් ලෝහය, තනුක සල්ෆියුරික් අම්ලය (Diluted Sulfuric Acid) සමග සිදු කරන සම්පූර්ණ ප්රතික්රියාව ඉහත දැක්වේ. ඉහත ක්රියාවලියේ දී Zn ලෝහය හා H+(aq) අයන අතර සිදු වන ඉලෙක්ට්රෝන හුවමාරුව, බාහිර සන්නායකයක් ඔස්සේ සිදු වේ නම් අපට විද්යුත් ධාරාවක් නිපදවා ගත හැකි ය.
මෙහි දී ද සින්ක් (Zinc) පරමාණු, ඉලෙක්ට්රෝන ලෝහය මත රඳවමින් Zn2+ අයන බවට පත්වේ. මේ නිසා සින්ක් (Zinc) තහඩුව ක්ෂය වේ. සින්ක් (Zinc) තහඩුව මත රැස් වූ ඉලෙක්ට්රෝන බාහිර කම්බිය ඔස්සේ කොපර් (Copper) තහඩුව වෙත ගමන් කරයි. මෙම ඉලෙක්ට්රෝන ප්රවාහය විද්යුත් ධාරාවක් ලෙස සලකනු ලැබේ. විද්යුත් ධාරාවක් ගලා යන බව ඇමීටර (Ammeter) දර්ශකයේ උත්ක්රමයන් මඟින් පෙන්නුම් කෙරේ. එබැවින් මෙතැන දී ද්රාවණයේ ඇති H+ අයන, කොපර් (Copper) තහඩුව වෙත ගමන් කර කොපර් (Copper) තහඩුව මතින් ඉලෙක්ට්රෝන ලබා ගනී. එම නිසා කොපර් (Copper) තහඩුව අසලින් හයිඩ්රජන් වායු බුබුළු පිට වේ.
සින්ක් (Zinc) තහඩුව අසල සිදුවන ප්රතික්රියාව
Zn (s) → Zn2+ (aq) + 2e-
කොපර් (Copper) තහඩුව අසල සිදුවන ප්රතික්රියාව
2H+(aq) + 2e- → H2 (g)
ඉහත පරීක්ෂණයේ දී බාහිර කම්බිය ඔස්සේ සින්ක්වල (Zinc) සිට කොපර් (Copper) දක්වා ඉලෙක්ට්රෝන ධාරාවක් ගමන් ගන්නා බව තහවුරු විය. ඉලෙක්ට්රෝන ධාරාවක් යනු විද්යුත් ධාරාවකි. මෙහි දී රසායනික විපර්යාසයක් මඟින් විද්යුත් ධාරාවක් ජනනය කිරීම සිදු කර ඇත. රසායනික ප්රතික්රියාවක් මගින් විද්යුතය ජනනය කිරීම සඳහා භාවිත කරන ඉහත ආකාරයේ ඇටවුමක් විද්යුත් - රසායනික කෝෂයක් ලෙස හැඳින්වේ. මෙහි දී විද්යුත් විච්ඡේද්යය තුළ ගිල්වා ඇති සන්නායක ගුණ ඇති ද්රව්ය ඉලෙක්ට්රෝඩ ලෙස හැඳින්වේ.
ඉහත කෝෂයේ සින්ක් (Zinc) තහඩුව හා කොපර් (Copper) තහඩුව ඉලෙක්ට්රෝඩ ලෙස ක්රියා කරයි. ඉහත 1 හා 2 යන අර්ධ ප්රතික්රියා එකතු කිරීමෙන් ලැබෙන තුලිත අයනික ප්රතික්රියාව, කෝෂය තුළ සිදු වන විද්යුත් - රසායනික ප්රතික්රියාව වේ.
Zn (s) + 2H+(aq) → Zn2+(aq) + H2 (g)
ඉහත කෝෂයේ සින්ක් (Zinc) ඉලෙක්ට්රෝඩය අසල ප්රතික්රියාව, තවදුරටත් සලකා බලමු.
Zn (s) → Zn2+(aq) + 2e-
කිසියම් ප්රභේදයකින් (පරමාණු, අණු හෝ අයන) ඉලෙක්ට්රෝන ඉවත් වීම ඔක්සිකරණයක් (Oxidation) ලෙස හැඳින්වේ. මේ අනුව සින්ක් (Zinc) තහඩුවෙහි සිදු වන්නේ ඔක්සිකරණයකි (Oxidation). යම් ඉලෙක්ට්රෝඩයක් අසල ඔක්සිකරණයක් (Oxidation) සිදු වේ නම් එම ඉලෙක්ට්රෝඩය ඇනෝඩය (Anode) ලෙස අර්ථ දැක්වේ. මේ අනුව සින්ක් (Zinc) තහඩුව ඉහත කෝෂයේ ඇනෝඩයයි (Anode). 1 සමීකරණය මඟින් නිරූපණය වන්නේ ඇනෝඩය (Anode) අසල සිදු වන ඔක්සිකරණ (Oxidation) අර්ධ ප්රතික්රියාවයි. සින්ක් (Zinc) තහඩුව මත ඉලෙක්ට්රෝන රඳවමින් සින්ක් (Zinc) පරමාණු ද්රාවණගත වන බැවින් කොපර් (Copper) තහඩුවට සාපේක්ෂ ව සින්ක් (Zinc) තහඩුව ඍණ ලෙස ආරෝපණය වී ඇත. එම නිසා සින්ක් (Zinc) ඉලෙක්ට්රෝඩය කෝෂයේ ඍණ අග්රය වේ.
කොපර් (Copper) තහඩුව අසල ප්රතික්රියාව පිළිබඳ ව මීළගට සලකා බලමු.
2H+(aq) + 2e- → H2 (g)
මෙහි දී H+ අයන ඉලෙක්ට්රෝන ලබාගෙන H2 වායුව බවට පත් වේ. කිසියම් ප්රභේදයක් (පරමාණු, අණු, අයන) මඟින් ඉලෙක්ට්රෝන ලබාගැනීම ඔක්සිහරණයක් (Reduction) ලෙස හැඳින්වේ. කොපර් (Copper) ඉලෙක්ට්රෝඩය අසල ඉලෙක්ට්රෝන ලබා ගැනීමක් හෙවත් ඔක්සිහරණයක් (Reduction) සිදුවන බැවින් 2 ප්රතික්රියාව ඔක්සිහරණ (Reduction) අර්ධ ප්රතික්රියාව වේ.
යම් ඉලෙක්ට්රෝඩයක් අසල ඔක්සිහරණයක් (Reduction) සිදු වේ නම් එම ඉලෙක්ට්රෝඩය කැතෝඩය (Cathode) ලෙස අර්ථ දැක්වේ. මේ අනුව කොපර් (Copper) තහඩුව කෝෂයේ කැතෝඩයයි (Cathode). කොපර් (Copper) තහඩුව වෙත ඉලෙක්ට්රෝන ගලා එන බැවින් කොපර් (Copper) තහඩුව සින්ක් (Zinc) තහඩුවට සාපේක්ෂ ව ධන ලෙස ආරෝපණය වී ඇත. එබැවින් කොපර් (Copper) ඉලෙක්ට්රෝඩය, කෝෂයේ ධන අග්රය වේ.
1 හා 2 යන ප්රතික්රියා එකතු කිරීමෙන් කෝෂයේ විද්යුත් - රසායනික ප්රතික්රියාව ලබා ගත හැකි ය. සින්ක් (Zinc) ඉලෙක්ට්රෝඩය / ඍණ අග්රය අසල
Zn (s) → Zn2+(aq)+ 2e-
කොපර් (Copper) ඉලෙක්ට්රෝඩය /ධන අග්රය අසල
2 H+(aq) + 2e- → H2 (g)
Zn (s) + 2H+(aq) → Zn2+(aq) + H2 (g)
ඇනෝඩ ප්රතික්රියාව (Anode reaction)
කැතෝඩ ප්රතික්රියාව (Cathode reaction)
සමස්ත කෝෂ ප්රතික්රියාව වේ.
දී ඇති විද්යුත් - රසායනික කෝෂයක ඇනෝඩය (Anode) සහ කැතෝඩය (Cathode) හඳුනා ගැනීම සඳහා පහත දැක්වෙන සැසඳීම් ඔබට වැදගත් වනු ඇත.
සැලකිය යුතුයි.
කෝෂයක ඍණ අග්රයේ සිට ධන අග්රය කරා ඉලෙක්ට්රෝන ධාරාව ගමන් කරයි. නමුත් භෞතික විද්යාත්මක සම්මුතීන්ට අනුව සම්මත ධාරාව (I) සලකුණු කරන්නේ ධන අග්රයේ සිට ඍණ අග්රය වෙතට ය.
මීළඟට යකඩ හා කොපර් (Copper) ඉලෙක්ට්රෝඩ යොදා ගනිමින් තනනු ලබන කෝෂයක් සලකමු.
සක්රියතා ශ්රේණියේ කොපර්වලට (Copper) වඩා ඉහළින් යකඩ පිහිටයි. ඒ අනුව මෙහි දී ඔක්සිකරණයට (Oxidation) බඳුන් වෙමින් ඇනෝඩය (Anode) ලෙස ක්රියා කරන්නේ වඩා සක්රිය ලෝහය වන යකඩයි.
යකඩ ඉලෙක්ට්රෝඩය අසල සිදු වන ප්රතික්රියාව (ඇනෝඩ ප්රතික්රියාව) (Anode reaction)
Fe (s) → Fe2+(aq) + 2e-
මෙහි දී යකඩ තහඩුව මත ඉලෙක්ට්රෝන රඳවමින් යකඩ පරමාණු ද්රාවණගත වන බැවින්, එය කොපර්වලට (Copper) සාපේක්ෂ ව ඍණ ලෙස ආරෝපණය වී ඇත. එබැවින් යකඩ ඉලෙක්ට්රෝඩය කෝෂයේ ඍණ අග්රය වේ.
මෙම කෝෂයේ ද සක්රියතාව අඩු කොපර් (Copper) ලෝහය අසල සිදු වන්නේ පහත දැක්වෙන ඔක්සිහරණ (Reduction) අර්ධ ප්රතික්රියාවයි. එබැවින් මෙම කෝෂයේ කැතෝඩය (Cathode) ලෙස ක්රියා කරන්නේ කොපර් (Copper) ඉලෙක්ට්රෝඩයයි.
කොපර් (Copper) ඉලෙක්ට්රෝඩය අසල සිදු වන ප්රතික්රියාව (කැතෝඩ ප්රතික්රියාව) (Cathode reaction)
2H+(aq) + 2e- → H2 (g)
කොපර් (Copper) ඉලෙක්ට්රෝඩය වෙත බාහිර කම්බිය ඔස්සේ ඉලෙක්ට්රෝන ගලා යයි. එ බැවින් කොපර් (Copper) ඉලෙක්ට්රෝඩය, කෝෂයේ ධන අග්රය වේ.
4 හා 5 යන අර්ධ ප්රතික්රියා එකතු කිරීමෙන් කෝෂයේ සමස්ත අයනික ප්රතික්රියාව ලබා ගත හැකි ය.
Fe (s) + 2H+(aq) → Fe2+(aq) + H2 (g)
මෙම කෝෂයෙන් විද්යුතය ලබා ගැනීමේ දී යකඩ ඉලෙක්ට්රෝඩය දිය වන බවත් කොපර් (Copper) ඉලෙක්ට්රෝඩය අසලින් වායු බුබුළු පිට වන බවත් නිරීක්ෂණය වේ.
සින්ක් (Zinc) හා යකඩ ඉලෙක්ට්රෝඩ යොදා ගනිමින් සාදා ඇති පහත කෝෂය සලකමු.
සක්රියතා ශ්රේණියේ යකඩවලට වඩා ඉහළින් සින්ක් (Zinc) ලෝහය පිහිටා ඇත. එ බැවින් මෙහි දී ඔක්සිකරණය (Oxidation) වෙමින් ඇනෝඩය (Anode) ලෙස ක්රියා කරන්නේ වඩා සක්රිය ලෝහය වන සින්ක් (Zinc) ය.
සින්ක් (Zinc) ඉලෙක්ට්රෝඩය/ ඇනෝඩය (Anode) අසල සිදු වන ප්රතික්රියාව
Zn (s) → Zn2+(aq) + 2e-
මෙහි දී ද සින්ක් (Zinc) ඉලෙක්ට්රෝඩය මත ඉලෙක්ට්රෝන රඳවමින් සින්ක් (Zinc) පරමාණු ද්රාවණගත වන බැවින්, යකඩවලට සාපේක්ෂ ව සින්ක් (Zinc) ඍණ ලෙස ආරෝපිත වේ. එ බැවින් සින්ක් (Zinc) ඉලෙක්ට්රෝඩය කෝෂයේ ඍණ අග්රය වේ.
යකඩ ඉලෙක්ට්රෝඩය (කැතෝඩය) (Cathode) අසල සිදු වන ප්රතික්රියාව
2H+(aq) + 2e- → H2 (g)
යකඩ අසල ඔක්සිහරණයක් (Reduction) සිදු වන නිසා යකඩ කැතෝඩය (Cathode) ලෙස ක්රියා කරයි.
යකඩ ඉලෙක්ට්රෝඩය වෙත, කම්බිය ඔස්සේ ඉලෙක්ට්රෝන ගලා එයි. එම නිසා යකඩ ඉලෙක්ට්රෝඩය කෝෂයේ ධන අග්රය වේ.
6 සහ 7 ප්රතික්රියා එකතු කිරීමෙන් කෝෂයේ සමස්ත අයනික ප්රතික්රියාව ලබාගත හැකි ය.
Zn (s) + 2H+(aq) → Zn2+(aq) + H2 (g)
මෙම කෝෂය ක්රියාත්මක වන විට සින්ක් (Zinc) ඉලෙක්ට්රෝඩය ක්ෂය වන බවත්, යකඩ ඉලෙක්ට්රෝඩය අසලින් වායු බුබුළු මුක්ත වන බවත් නිරීක්ෂණය වේ.
සෑම නගරයක ම පාහේ ඇති රන් ආභරණ සාප්පු ආසන්නයේ රන්/රීදි ආභරණ ඔප දමන ජංගම ව්යාපාරිකයින් සිටින බව ඔබ නිරීක්ෂණය කර තිබෙනවා ද?
ඔවුන් ඔබේ නිරීක්ෂණයට හසු වී නැති නම් යළි එවැන්නෙකු මුණගැසුණු විට, ඔහු සතුව ඇති උපකරණ හොඳින් නිරීක්ෂණය කරන්න. විද්යුතය සපයන බැටරියක්, එයට සම්බන්ධ කළ කම්බි සහ කිසියම් ද්රාවණයක් පුරවන ලද භාජනයක් නිරීක්ෂණය කිරීමට ඔබට හැකිවනු ඇත. මෙහි දී ඔහු විසින් එක් ඉලෙක්ට්රෝඩයක් ලෙස සිහින් රන් පතුරක් ද අනෙක් ඉලෙක්ට්රෝඩය ලෙස ඔප දැමිය යුතු ආභරණය ද යොදනු ලැබේ. ඔහු මෙම උපකරණය යොදා ගෙන සිදු කරන්නේ ආභරණය මත රන් ආලේප කිරීමයි.
ඉහත ක්රියාව මඟින් ඔහු රිදී ආභරණ මත රන් ආලේප කරයි. මෙහි දී ඔහු විසින් භාවිත කළ ද්රාවණය තුළින් විද්යුත් ධාරාවක් ගමන් කිරීමට සලස්වනු ලබයි.
විද්යුතය සන්නයනය කරන ද්රාවණයක්/ද්රවයක් ඔස්සේ විද්යුතය ගමන් කිරීමට සලස්වා සිදු කරනු ලබන රසායනික විපර්යාස විද්යුත් - විච්ඡේදන ක්රියාවලි ලෙස හැඳින්වේ. මෙම පරිච්ඡේදයේ දී විද්යුත් - විච්ඡේදනය පිළිබඳ සාකච්ඡා කෙරේ. ඒ සඳහා ප්රථමයෙන් ම විද්යුතය සන්නයනය කරන ද්රව/ද්රාවණ පිළිබඳ ව සොයා බැලීමට පහත ක්රියාකාරකම සිදු කරමු.
අවශ්ය ද්රව්ය : -
කාබන් ඉලෙක්ට්රෝඩ, විදුලි පන්දම් කෝෂ දෙකක් (1.5 V), සම්බන්ධක කම්බි, ගැල්වනෝමීටරයක්, බීකර කිහිපයක්, පොල්තෙල්, භූමිතෙල්, ආසූත ජලය, ආම්ලීකෘත ජලය, ලුණු ද්රාවණය, එතනෝල්.
රූපය 12.2.1
ඉහත සඳහන් කළ ද්රව/ද්රාවණ අඩංගු බීකර තුළට කාබන් ඉලෙක්ට්රෝඩ ගිල්වා, ඇමීටරයේ උත්ක්රමයක් වේ දැයි නිරීක්ෂණය කරන්න.
ඔබේ නිරීක්ෂණ වාර්තා කරන්න.
මෙහි දී ඇමීටරයේ උත්ක්රමයක් දැකිය හැකි වන්නේ ඉහත අම්ලිකෘත ජලය සහ ලුණු ද්රාවණය යොදා ගත් විට දී පමණකි.
එනම් එම ද්රව හරහා විද්යුතය සන්නයනය වේ.
✶ විද්යුතය සන්නයනය කරන ද්රව/ද්රාවණ විද්යුත් විච්ඡේද්ය ලෙස හැඳින්වේ. මේ සඳහා නිදසුන් වන ද්රව/ද්රාවණ කිහිපයක් පහත දැක්වේ.
✶ විද්යුතය සන්නයනය නොකරන ද්රව/ද්රාවණ විද්යුත් අවිච්ඡේද්ය ලෙස හැඳින්වේ. මේ සඳහා නිදසුන් වන ද්රව/ද්රාවණ කිහිපයක් පහත දැක්වේ.
විද්යුත් විච්ඡේද්යයක් තුළින් විද්යුතය සන්නයනය කරවීමට සලස්වන ලද ඇටවුමක් 12.2.2 රූපයේ දැක්වේ. මෙවැනි ඇටවුමක් විද්යුත් - විච්ඡේදන කෝෂයක් ලෙස හැඳින්වේ. විද්යුත් - විච්ඡේදන කෝෂයක්, විද්යුතය සපයන ප්රභවයකින් ද, විද්යුත් - විච්ඡේද්යයකින් ද, ඉලෙක්ට්රෝඩ දෙකකින් හා සම්බන්ධක කම්බිවලින් ද සමන්විත ය.
රූපය 12.2.2 - විද්යුත් - විච්ඡේදන කෝෂයක්
විද්යුත් - විච්ඡේදන කෝෂයක විද්යුත් විච්ඡේද්යය ලෙස ජලීය සෝඩියම් ක්ලෝරයිඩ් ද්රාවණයක් යොදා විද්යුතය සැපයීම සලකා බලමු. මෙහි දී කාබන් ඉලෙක්ට්රෝඩ අසලින් වායු බුබුළු පිට වනු පෙනේ. ඒ අනුව ජලීය ද්රාවණය රසායනික විපර්යාසයකට භාජන වී ඇත. මේ ආකාරයට විද්යුතය සැපයීමෙන් සාමාන්යයෙන් ඉබේ සිදු නොවන (ස්වයංසිද්ධ නොවන) රසායනික ප්රතික්රියාවක් විද්යුත් - විච්ඡේදනය මගින් සිදුකළ හැකි ය.
✶ විද්යුත් - විච්ඡේදනයේ දී යෙදෙන සම්මුති
ඉහත සම්මුතිවලට අනුව, පහත විද්යුත් - විච්ඡේදනවල දී සිදු වන ප්රතික්රියා පුරෝකථනය කරමු.
● ඍණ ඉලෙක්ට්රෝඩය අසල සිදු වන ප්රතික්රියාව
විලීන ද්රවය තුළ ඇති එක ම ධන අයන වර්ගය වන Na+(l) ඍණ අග්රය වෙත ආකර්ෂණය වේ. එහි දී Na+ (l) අයන, ඉලෙක්ට්රෝන ලබා ගෙන සෝඩියම් ලෝහ පරමාණු (Na) බවට පත් වේ.
Na+ (l) + e- → Na (l)
Na+ අයන ඉලෙක්ට්රෝන ලබා ගෙන ඔක්සිහරණය වූ බැවින් මෙය කැතෝඩ ප්රතික්රියාව වේ. මේ අනුව ඍණ ඉලෙක්ට්රෝඩය කැතෝඩය වේ.
● ධන ඉලෙක්ට්රෝඩය අසල සිදු වන ප්රතික්රියාව
ධන ඉලෙක්ට්රෝඩය වෙතට ද්රවයේ ඇති එක ම ඍණ අයනය වන Cl- (l) අයන ආකර්ෂණය වේ. එහි දී Cl- (l) අයන ඉලෙක්ට්රෝන පිට කරමින් ක්ලෝරීන් අණු (Cl2) බවට පත් වේ.
2Cl- (l) → Cl2 (g) + 2e-
ක්ලෝරයිඩ් අයන ඉලෙක්ට්රෝන පිට කරමින් ඔක්සිකරණය වූ නිසා මෙය ඇනෝඩ ප්රතික්රියාව වේ. මේ අනුව ධන ඉලෙක්ට්රෝඩය ඇනෝඩය වේ.
සමස්ත විද්යුත් - විච්ඡේදන ප්රතික්රියාව,
(1) සහ (2) අර්ධ ප්රතික්රියා සුදුසු පරිදි එකතු කිරීමෙන් ලබා ගත හැකි ය.
(1) × 2, 2Na+ (l) + 2e- → 2Na (l)
(2) 2Cl- (l) → Cl2 (g) + 2e-
(3) 2Na+ (l) + 2Cl- (l) → 2Na (l) + Cl2 (g)
ඉහත සාකච්ඡා කළ විද්යුත් - විච්ඡේදන ප්රතික්රියාව, කාර්මික ව සෝඩියම් ලෝහය නිස්සාරණය කිරීම සඳහා භාවිත කරන ඩවුන්ස් කෝෂයේ සිදු වන ප්රතික්රියාව වේ. මෙම ක්රමය, ඔබ ඉදිරියේ දී වඩාත් සවිස්තර ව හදාරනු ඇත.
අවශ්ය ද්රව්ය: සෝඩියම් ක්ලෝරයිඩ් ද්රාවණයක්, කාබන් කූරු, සන්නායක කම්බි, 9V බැටරියක්
ක්රමය:
කාබන් කූරු කම්බි මඟින් බැටරියේ අග්රවලට සම්බන්ධ කරන්න. ඉන්පසු එම ඉලෙක්ට්රෝඩ දෙක, ජලීය සෝඩියම් ක්ලෝරයිඩ් ද්රාවණය තුළ ගිල්වා නිරීක්ෂණය කරන්න. නිරීක්ෂණ වාර්තා කරන්න.
රූපය 12.2.4
ඉලෙක්ට්රෝඩ අසලින් වායු බුබුළු පිට වනු නිරීක්ෂණය කළ හැකි ය.
මෙම නිරීක්ෂණ පැහැදිලි කර ගැනීම සඳහා එහි දී සිදු වන ප්රතික්රියා පිළිබඳ ව අවබෝධ කර ගනිමු.
රූපය 12.2.5
ද්රාවණය තුළ ප්රධාන වශයෙන් Na+ හා Cl- අයන ඇත. මීට අමතර ව ජල අණු ඉතා මඳ වශයෙන් විඝටනය වීමෙන් සෑදුණු H+ හා OH- අයන ද සුළු ප්රමාණයක් ඇත.
සක්රියතා ශ්රේණියේ සෝඩියම්වලට වඩා පහළින් හයිඩ්රජන් පවතින නිසා, මෙහිදී ඔක්සිහරණය වන්නේ H+ අයනයි.
2 H+ (aq) + 2e- → H2 (g)
මෙය ඔක්සිහරණයක් වන නිසා (ඉලෙක්ට්රෝන ලබා ගත් නිසා) ඍණ ඉලෙක්ට්රෝඩය කැතෝඩය වේ.
එම නිසා (1) ප්රතික්රියාව කැතෝඩ ප්රතික්රියාව වේ.
මේ අනුව ඍණ අග්රය අසලින් හයිඩ්රජන් (H2) වායු බුබුළු පිට වේ.
● ධන ඉලෙක්ට්රෝඩය අසල ප්රතික්රියාව (ඇනෝඩ ප්රතික්රියාව)
ධන අග්රය වෙත ද්රාවණයේ ඇති Cl- අයන හා OH- අයන ආකර්ෂණය වේ.
මෙහි දී ඔක්සිකරණය වීමට වැඩි නැඹුරුවක් ඇත්තේ Cl- අයනවලට ය.
2 Cl- (aq) → Cl2 (g) + 2e-
මෙය ඔක්සිකරණයක් වන නිසා (ඉලෙක්ට්රෝන පිට වූ නිසා) (2) ප්රතික්රියාව, ඇනෝඩ ප්රතික්රියාව වේ.
මේ අනුව ධන අග්රය අසලින් ක්ලෝරීන් (Cl2) වායු බුබුළු පිට වේ.
(1) හා (2) ප්රතික්රියා මඟින් සමස්ත විද්යුත් - විච්ඡේදන ප්රතික්රියාව ලබා ගත හැකි ය.
2 H+ (aq) + 2Cl- (aq) → H2 (g) + Cl2 (g)
ආරම්භයේ දී ද්රාවණය තුළ Na+, H+, Cl-, OH- යන අයන පැවතුණු අතර මෙයින් H+ හා Cl- යන අයන H2 හා Cl2 වායු අණු බවට පත් වෙමින් ඉවත් ව යයි. එම නිසා ද්රාවණය තුළ Na+ හා OH- අයන ඉතිරි වේ. එබැවින් මෙම ප්රතික්රියාව කාර්මික ව සෝඩියම් හයිඩ්රොක්සයිඩ් (NaOH) නිපදවීම සඳහා යොදා ගත හැකි බව ඔබට වැටහෙනු ඇත.
අවශ්ය ද්රව්ය: කොපර් සල්ෆේට් ද්රාවණයක්, කාබන් කූරු, සම්බන්ධක කම්බි, 9V බැටරියක්
ක්රමය:
පහත දැක්වෙන ආකාරයට බැටරියට ඉලෙක්ට්රෝඩ සම්බන්ධ කරන්න. ඉන්පසු ඉලෙක්ට්රෝඩ කොපර් සල්ෆේට් ද්රාවණය තුළ ගිල්වා නිරීක්ෂණය කරන්න. නිරීක්ෂණ වාර්තා කරන්න.
රූපය 12.2.6
මෙහි දී ධන අග්රය (ඇනෝඩය) අසලින් වායු බුබුළු පිට වන බවත්, ඍණ අග්රය (කැතෝඩය) මත තඹ තැන්පත් වන බවත් නිරීක්ෂණය වේ. ද්රාවණයේ නිල් වර්ණය ද ක්රමයෙන් අඩු වේ.
මෙම නිරීක්ෂණ පැහැදිලි කර ගැනීම සඳහා එහි දී සිදු වන ප්රතික්රියා පිළිබඳ ව සලකා බලමු.
රූපය 12.2.7
ද්රාවණය තුළ ප්රධාන වශයෙන් ජලීය කොපර් සල්ෆේට් අයනීකරණයෙන් සෑදුණු Cu2+ අයන හා SO42- අයන ඇත. මීට අමතර ව ජල අණු ඉතා මඳ වශයෙන් විඝටනය වීමෙන් සෑදුණු H+ අයන හා OH- අයන ද සුළු ප්රමාණයක් ඇත.
● ඍණ ඉලෙක්ට්රෝඩය අසල ප්රතික්රියාව (කැතෝඩ ප්රතික්රියාව)
ඍණ ඉලෙක්ට්රෝඩය වෙත ද්රාවණයේ ඇති Cu2+ හා H+ අයන ගමන් කරයි. සක්රියතා ශ්රේණියේ කොපර් ඇත්තේ හයිඩ්රජන්වලට වඩා පහළින් නිසා මෙහි දී ඔක්සිහරණය වීමට වැඩි නැඹුරුවක් ඇත්තේ Cu2+ අයනවලටයි.
Cu2+ (aq) + 2e- → Cu (s)
එනම් කැතෝඩය මත තඹ තැන්පත් වේ. මෙය ඔක්සිහරණයක් වන නිසා (1) ප්රතික්රියාව කැතෝඩ ප්රතික්රියාව වේ. මේ අනුව ඍණ ඉලෙක්ට්රෝඩය කැතෝඩය වේ. මෙහි දී ද්රාවණයේ ඇති නිල් පැහැයට හේතු වූ Cu2+ අයන ද්රාවණයෙන් ඉවත් වන නිසා ද්රාවණයේ නිල් පැහැය ක්රමයෙන් අඩු වේ.
● ධන ඉලෙක්ට්රෝඩය අසල ප්රතික්රියාව (ඇනෝඩ ප්රතික්රියාව)
ධන ඉලෙක්ට්රෝඩය වෙත ද්රාවණයේ ඇති SO42- අයන හා OH- අයන ආකර්ෂණය වේ.
මෙයින් ඔක්සිකරණය වීමට වැඩි හැකියාවක් ඇත්තේ OH- අයනවලටයි.
4 OH- (aq) → O2 (g) + 2H2O (l) + 4 e-
එනම් ඇනෝඩය අසලින් O2 (g) වායු බුබුළු පිට වේ.
(2) ප්රතික්රියාව ඔක්සිකරණයක් වන නිසා එය ඇනෝඩ ප්රතික්රියාව වේ. මේ අනුව ධන ඉලෙක්ට්රෝඩය ඇනෝඩය වේ.
කාබන් ඉලෙක්ට්රෝඩ (Carbon electrode) යොදා අල්පාම්ලිත ජලය විද්යුත් - විච්ඡේදනය (electrolysis) කිරීම පිළිබඳ ව මීළඟට අවධානය යොමු කරමු.
අවශ්ය ද්රව්ය: තනුක සල්ෆියුරික් අම්ලය (dilute sulfuric acid) ස්වල්පයක් එකතු කරන ලද ආසූත ජලය, කාබන් කූරු, 9V බැටරියක්, සම්බන්ධක කම්බි, ප්ලාස්ටික් කෝප්පයක්
ක්රමය:
ප්ලාස්ටික් බඳුනේ පතුල සිදුරු කර රූපයේ ආකාරයට එහි කාබන් කූරු රඳවන්න. ඉන්පසු ජලය කාන්දු නොවන ආකාරයට කාබන් කූරු වටා උණු කළ ඉටි හෝ ඊපොක්සි (epoxy) වැනි ද්රව්යයක් දමා මුද්රා තබන්න. (සිලිකෝන් සීලර් (silicone sealer) ද යොදා ගත හැකි ය.) බඳුනට ආම්ලික කළ ජලය දමන්න. ඉන්පසු ජලය පිරී පවතින පරිදි යටිකුරු කළ පරීක්ෂණ නළ දෙකකට රූපයේ දැක්වෙන පරිදි කාබන් කූරු දෙක ඇතුළු කරන්න. ඉන්පසු කාබන් ඉලෙක්ට්රෝඩ දෙකට 12.2.8 රූපයේ දැක්වෙන ආකාරයට විද්යුත් සැපයුම ලබා දෙන්න.
ඔබේ නිරීක්ෂණ සටහන් කරන්න.
මෙහි දී පරීක්ෂණ නළ තුළ වායු එක්රැස් වන බව නිරීක්ෂණය කළ හැකි ය. තව ද කැතෝඩයෙන් (cathode) මුක්ත වූ වායු පරිමාව, ඇනෝඩයෙන් (anode) මුක්ත වූ වායු පරිමාවට වඩා වැඩි බවද නිරීක්ෂණය කළ හැකි ය. මෙහි දී සිදු වන ප්රතික්රියා පිළිබඳ ව විමසා බලමු.
අල්පාම්ලිත ජලය තුළ තනුක සල්ෆියුරික් අම්ලය (dilute sulfuric acid) අයනීකරණයෙන් (ionization) ලැබුණු H+ හා SO42- අයන ද ජලය විඝටනයෙන් ලැබුණු H+ හා OH- අයන ද අඩංගු වේ.
ඍණ ඉලෙක්ට්රෝඩය වෙත ද්රාවණයේ ඇති කුමන අයන ගමන් කරයි ද? එහි ඇති ධන ආරෝපිත අයන වන H+ අයන ඍණ ඉලෙක්ට්රෝඩය වෙත ගමන් කර ඉලෙක්ට්රෝන (electrons) ලබා ගනියි. එනම් ඔක්සිහරණය (reduction) වේ.
2H+(aq) + 2e- → H2(g)
ඔක්සිහරණයක් වන බැවින් මෙය කැතෝඩ ප්රතික්රියාව (cathode reaction) වේ.
මේ අනුව කැතෝඩය (cathode) අසලින් හයිඩ්රජන් (hydrogen) වායුව මුක්ත වේ.
ධන අග්රය වෙත ද්රාවණයේ ඇති SO42- අයන හා OH- අයන ආකර්ෂණය වේ. මෙයින් ඔක්සිකරණය (oxidation) වීමට වඩාත් නැඹුරු වන්නේ OH- අයනයි.
4OH-(aq) → O2(g) + 2H2O(l) + 4e-
මෙය ඔක්සිකරණයක් (oxidation) වන නිසා ඉලෙක්ට්රෝඩය ඇනෝඩය (anode) වේ.
මෙම ප්රතික්රියාව ඇනෝඩ ප්රතික්රියාව (anode reaction) වේ. මේ අනුව ධන ඉලෙක්ට්රෝඩය ඇනෝඩය වේ.
මේ අනුව ඇනෝඩය (anode) අසලින් ඔක්සිජන් (oxygen) වායු බුබුළු මතු වේ. ජලයේ විද්යුත් විච්ඡේදන (electrolysis) ක්රියාවලිය සමස්තයක් ලෙස 2H2O(l) → 2H2(g) + O2(g) ලෙස දැක්විය හැකි ය.
විවිධ කාර්මික නිෂ්පාදන සඳහා විද්යුත් විච්ඡේදන (electrolysis) ක්රියාවලිය බහුලව භාවිත වේ. එවැනි අවස්ථා කිහිපයක් පහත දැක්වේ.
නිදසුන්:
නිදසුන්:
නිදසුන්:
කාබන් ඉලෙක්ට්රෝඩ (carbon electrode) යොදා විලීන සෝඩියම් ක්ලෝරයිඩ් (molten sodium chloride) විද්යුත් - විච්ඡේදනයේ දී සිදු වන ඉලෙක්ට්රෝඩ (electrode) ප්රතික්රියා අප විසින් අධ්යයනය කරන ලදී. එහි දී කැතෝඩය (cathode) අසල පහත ප්රතික්රියාව සිදු වේ.
Na+(l) + e- → Na(l)
ඇනෝඩය (anode) අසල සිදු වන ප්රතික්රියාව පහත දැක්වේ.
2Cl-(l) → Cl2(g) + 2e-
සමස්ත විද්යුත් විච්ඡේදන (electrolysis) ප්රතික්රියාව,
2Na+(l) + 2Cl-(l) → 2Na(l) + Cl2(g)
කාර්මික ව, විශාල පරිමාණයෙන් සෝඩියම් (sodium) නිපදවීමට ඉහත ප්රතික්රියාව උපයෝගී කරගනු ලැබේ. මේ සඳහා පහත රූපයේ ආකාර විශේෂ විද්යුත් - විච්ඡේදන කෝෂයක් භාවිත කෙරේ. මෙම කෝෂය ඩවුන්ස් කෝෂය (Downs cell) ලෙස හඳුන්වනු ලැබේ.
අමුද්රව්ය ලෙස විලීන සෝඩියම් ක්ලෝරයිඩ් (molten sodium chloride) භාවිත වේ. ඝන සෝඩියම් ක්ලෝරයිඩ් (solid sodium chloride) විලීන වන උෂ්ණත්වය 840 0C පමණ ඉහළ උෂ්ණත්වයකි. සෝඩියම් ක්ලෝරයිඩ්වලට 40% ක් පමණ කැල්සියම් ක්ලෝරයිඩ් (calcium chloride) එකතු කිරීමෙන්, මිශ්රණය විලීන වන උෂ්ණත්වය 600 0C දක්වා අඩු කර ගැනේ.
ඇනෝඩයේ (anode) දී සෑදෙන ක්ලෝරීන් (chlorine) වායුව කැතෝඩයේ (cathode) දී සෑදෙන සෝඩියම් (sodium) සමඟ ගැටුණොත් කුමක් සිදු වේ ද?
සෝඩියම් (sodium) හා ක්ලෝරීන් (chlorine) ප්රතික්රියා කර නැවත සෝඩියම් ක්ලෝරයිඩ් (sodium chloride) සෑදෙනු ඇත. මෙය වැළැක්වීම සඳහා ඇනෝඩය (anode) සහ කැතෝඩය (cathode) වානේ දැල් ප්රාචීරයකින් වෙන් කර ඇත. එමගින් සෝඩියම් (sodium) හා ක්ලෝරීන් (chlorine) ප්රතික්රියා කර නැවත සෝඩියම් ක්ලෝරයිඩ් (sodium chloride) සෑදීම වැළකේ.
මෙම නිෂ්පාදන ක්රියාවලියේදී අතුරු ඵලයක් ලෙස ක්ලෝරීන් (chlorine) වායුව ලැබේ. මෙම ක්ලෝරීන් (chlorine) වායුව ද විවිධ නිෂ්පාදන සඳහා අමුද්රව්යයක් ලෙස යොදා ගත හැකි ය.
මෙම පාඩම ආරම්භයේ දී ආභරණ මත රන් ආලේප කිරීමට විද්යුත් - විච්ඡේදනය (electrolysis) යොදා ගන්නා බව සඳහන් කළෙමු. ඊට අමතර ව නිවෙස්වල අලංකාරයට යොදා ගන්නා විවිධ භාණ්ඩ ගැන සිත යොමු කරන්න. රන් හෝ රිදී පැහැයෙන් බබලන මල් බඳුන්, බන්දේසි යතුරු තහඩු වැනි බොහෝ උපකරණවල ලෝහමය දීප්තිමත් බව ලබා දෙනුයේ එම භාණ්ඩ මත ආලේපනය කරන ලද යම් ලෝහ ස්තරයකිනි.
විද්යුත් - විච්ඡේදනය (electrolysis) යොදා ගනිමින් යම් පෘෂ්ඨයක් මත තුනී ලෝහ ස්තරයක් ආලේපනය කිරීම, විද්යුත් ලෝහාලේපනය (electroplating) නම් වේ.
සාමාන්යයෙන් ආලේපනය ලෙස භාවිත කරන්නේ සක්රියතාව අඩු ටින් (tin), කොපර් (copper), සිල්වර් (silver), ක්රෝමියම් (chromium) වැනි ලෝහයකි. අලේප සිදු කරන පෘෂ්ඨයේ නොමැති යම් විශේෂිත ගුණාංගයක් ආලේපනය කරනු ලබන ලෝහය සතු ව තිබිය යුතු ය. එම ගුණාංග සඳහා නිදසුන් ලෙස මල නොබැඳීම, ලෝහයේ සිත් අදනා පැහැය, රසායනික නිෂ්ක්රියතාව, ඔපවත් බව ආදිය දැක්විය හැකි ය.
විද්යුත් ලෝහාලේපනයේ දී පහත කරුණු දැන සිටීම වැදගත් ය.
යකඩ හැන්දක් මත තඹ ආලේප කිරීමට ඔබට අවශ්ය ව ඇතැයි සිතමු. මේ සඳහා ඔබ භාවිත කරන විද්යුත් - විච්ඡේදන කෝෂයේ ඇනෝඩය (anode) හා කැතෝඩය (cathode) ලෙස භාවිත කරන්නේ මොනවා ද? යොදා ගන්නා විද්යුත් විච්ඡේද්යය (electrolyte) කුමක් ද?
ආලේප කළ යුතු භාණ්ඩය වන යකඩ හැන්ද කැතෝඩය (cathode) ලෙස යොදා ගත යුතුය. ඇනෝඩය (anode) ලෙස තඹ දණ්ඩක් යොදා ගත හැකි ය. විද්යුත් විච්ඡේද්යය (electrolyte) ලෙස කොපර් සල්ෆේට් (copper sulphate) ද්රාවණයක් සුදුසු වේ.
අවශ්ය ද්රව්ය: යකඩ හැන්දක්, තඹ තහඩුවක්, සම්බන්ධක කම්බි, කොපර් සල්ෆේට් (copper sulphate) ද්රාවණයක්, 9V බැටරියක්
ක්රමය:
තඹ තහඩුව හා යකඩ හැන්ද කම්බි මඟින් විද්යුත් කෝෂයට සම්බන්ධ කර එක් වර ම ඒවා කොපර් සල්ෆේට් (copper sulphate) ද්රාවණය තුළ ගිල්වන්න.
නිරීක්ෂණ සටහන් කරගන්න.
ඇනෝඩ ප්රතික්රියාව (ධන ඉලෙක්ට්රෝඩ)
ද්රාවණයේ ඇති SO42- හා OH- අයන ඇනෝඩය (anode) වෙත ආකර්ෂණය වේ. මෙයින් ඔක්සිකරණය (oxidation) වීමට වැඩි නැඹුරුවක් ඇත්තේ OH- අයනයට ය.
එම නිසා 4OH-(aq) → O2(g) + 2H2O(l) + 4e- යන ප්රතික්රියාව ඇනෝඩයේදී සිදු වනු ඇතැයි අපේක්ෂා කළ ද එය සිදු නො වේ. ඇනෝඩය (anode) ලෝහයක් වන බැවින් ලෝහ පරමාණු, අයන බවට ඔක්සිකරණය (oxidation) වීම වඩාත් පහසු වේ.
එබැවින් ඇනෝඩ ප්රතික්රියාව වන්නේ,
Cu(s) → Cu2+(aq) + 2e- යන ප්රතික්රියාව වේ. එනම් ඇනෝඩය (anode) ක්රමයෙන් දිය වේ.
කැතෝඩ ප්රතික්රියාව (ඍණ ඉලෙක්ට්රෝඩය)
ද්රාවණය තුළ Cu2+ අයන සහ ජලය විඝටනයෙන් ලැබුණු H+ අයන ස්වල්පයක් ද අඩංගු වේ. මින් ඔක්සිහරණය (reduction) වීමට වැඩි නැඹුරුවක් දක්වන්නේ සක්රියතාව අඩු Cu2+ අයනය වේ.
එබැවින් කැතෝඩය (cathode) ප්රතික්රියාව ලෙස,
Cu2+(aq) + 2e- → Cu(s) යන ප්රතික්රියාව සිදු වේ. එනම් කැතෝඩය (යකඩ හැන්ද) මත තඹ ආලේපනය වේ.
ගෙදර දොරේ පාවිච්චි කරන ලෝහ බඩු දිහා හොඳින් බලන්න. කාලයක් යනකොට ඒවායේ දිස්නය අඩු වෙනවා, මතුපිට රළු වෙනවා, පාට වෙනස් වෙනවා වගේ දේවල් වෙනවා.
වාතයට නිරාවරණය (Exposure to air) වුණාම ලෝහවල වෙනස්කම් වෙන එකට තමයි ලෝහ විඛාදනය (Metal Corrosion) කියන්නේ.
ඔයාගේ ගෙදරින් නැතිවුණ පිහියක් හරි උදලු තලයක් හරි කාලෙකට පස්සේ ආපහු හම්බුනාම මතක ඇතිනේ. ඒවා මලකඩ කාලා, පාට වෙනස් වෙලා දිරාපත් වෙලා තියෙනවා ඔයා දැකලා ඇති.
මේ දේවල් යකඩෙන් හරි වානේවලින් හරි තමයි හදලා තියෙන්නේ. වාතයට නිරාවරණය වුණාම යකඩවලට මලකඩ බඳින එක යකඩ මල බැඳීම (Iron rusting) කියලා කියනවා.
මිනිස්සු ගොඩක් පාවිච්චි කරන ලෝහයක් තමයි යකඩ (Iron) කියන්නේ. ඒ නිසා ලෝකයේ ගොඩක්ම හදන ලෝහයත් යකඩ තමයි.
හදන යකඩවලින් ගොඩක්ම වානේ හදන්න ගන්නවා. වාහන, නැව්, පාලම්, යන්ත්ර වගේ දේවල් හදන්න යකඩයි වානේයි පාවිච්චි කරනවා.
ඒ නිසා යකඩ මල බැඳෙන එක ආර්ථිකව (Economically) ගොඩක් පාඩුයි.
යකඩ මල බැඳෙනකොට මොන වගේ ක්රියාවලියක්ද වෙන්නේ?
යකඩවලින් හදපු බඩු ගෙදර ඇතුලේ තියෙනවට වඩා එළියේ තිබ්බම ඉක්මනට මලකඩ බඳින්නේ ඇයි?
මේ ගැන හොයලා බලන්න අපි දැන් ක්රියාකාරකමක් කරමු.
අවශ්ය ද්රව්ය: කැකෑරුම් නළ දෙකක්, සාමාන්ය සිසිල් ජලය, පොල්තෙල්, යකඩ ඇණ දෙකක්, දාහකය, තනුක හයිඩ්රොක්ලෝරික් අම්ල ද්රාවණය
ක්රමය:
උඩ තියෙන නළ දෙක දිහා බැලුවම පේනවා ඒ දෙකේම ඇණ වතුරත් එක්ක ස්පර්ශ වෙනවා කියලා. ඒත් එක නළයක වතුර රත් කරලා තියෙන නිසා ඒ නළය ඇතුලේ තිබ්බ වාතය අයින් වෙලා තියෙනවා.
ඒ වගේම අනිත් නළයේ තියෙන පොල්තෙල් තට්ටුව නිසා ඒ නළයේ වතුර වාතයත් එක්ක ගැටෙන්නේ නෑ. ඒ නිසා ඒ නළයේ තියෙන යකඩ ඇණයට වාතය ලැබෙන්නේ නෑ.
අනිත් නළයේ තියෙන යකඩ ඇණයට වාතය (වතුරේ දියවෙලා තියෙන) ලැබෙනවා. අනිත් ඔක්කොම දේවල් නළ දෙකටම පොදුයි.
එක නළයක තියෙන යකඩ ඇණය මලකඩ බැඳිලා තියෙනවා. අනිත් නළයේ තියෙන යකඩ ඇණය මලකඩ බැඳිලා නෑ කියලා ඔයාට පේනවා ඇති. මේකෙන් තේරෙන්නේ මලකඩ බඳින්න වාතය ඕන කියලා.
වාතයේ තියෙන මොන සංඝටකයද (Component) මලකඩ බඳින්න ඕන වෙන්නේ කියලා ඊළඟට බලමු.
අවශ්ය ද්රව්ය: කැකෑරුම් නළ දෙකක්, යකඩ කෙඳි, වතුර පිරිච්ච බේසමක්
ක්රමය:
මෙතනදී යකඩ කෙඳි තියෙන නළය ඇතුලේ වතුර මට්ටම මුළු වායු පරිමාවෙන් 1/5ක් විතර වෙනකම් උඩට ගිහින් තියෙනවා කියලා පේනවා.
ඒ කියන්නේ වාතයෙන් කොටසක් මලකඩ බඳින්න පාවිච්චි වෙලා තියෙනවා. වාතයේ සංයුතිය (Composition) අනුව 1/5ක් විතර තියෙන්නේ ඔක්සිජන් වායුවයි (Oxygen gas). මේ අනුව මලකඩ බඳින්න වාතයේ තියෙන ඔක්සිජන් වායුව ඕන කියලා තීරණය කරන්න පුළුවන්.
අවශ්ය ද්රව්ය: පිරිසිදු කරපු යකඩ ඇණ හතරක්, කැකෑරුම් නළ දෙකක් සහ රබර් ඇබ දෙකක්, නිර්ජලීය කැල්සියම් ක්ලෝරයිඩ් (Anhydrous calcium chloride)
ක්රමය:
නිර්ජලීය කැල්සියම් ක්ලෝරයිඩ්වලට වාතයේ තියෙන ජලවාෂ්ප (Water vapor) උරාගන්න පුළුවන්.
මේ පරීක්ෂණයේදී එක නළයකට සවි කරපු ඇණ දෙකේම, නළය ඇතුලේ සහ නළය පිටත තියෙන ඇණ කොටස්වල මලකඩ බැඳිලා තියෙනවා ඔයාට පේනවා.
අනිත් නළයට සවි කරපු ඇණ දෙකේම මලකඩ බැඳිලා තියෙනවා දකින්න පුළුවන් වෙන්නේ එළියේ වායුගෝලයට ඇරලා තියෙන කොටස්වල විතරයි.
මේ නළ දෙක දිහා බැලුවම එක නළයක ඇතුලේ ජලවාෂ්ප නෑ. අනිත් ඔක්කොම දේවල් නළ දෙකටම පොදුයි. මේ අනුව මලකඩ බඳින්න ජලය ඕන කියලා තහවුරු වෙනවා.
යකඩ මල බැඳීමේදී වෙන ක්රියාවලිය මොකක්ද කියලා ඊළඟට බලමු.
යකඩ පරමාණු (Iron atoms) ඉලෙක්ට්රෝන (Electrons) පිට කරලා ධන අයන (Positive ions) බවට පත් වෙනවා. ඒ කියන්නේ ඔක්සිකරණයට (Oxidation) ලක් වෙනවා. ඒක මෙන්න මේ විදියට රසායනික සමීකරණයකින් (Chemical equation) පෙන්නන්න පුළුවන්.
Fe (s) → Fe2+ (aq) + 2e-
උඩ තියෙන විදියට ලෝහ පරමාණු ඔක්සිකරණය වෙන්නේ, ඒ වෙලාවේ පිට වෙන ඉලෙක්ට්රෝන ගන්න පුළුවන් දෙයක් ඒ ලඟ තියෙනකොට විතරයි.
වායුගෝලයේ තියෙන ඔක්සිජන් වායුවයි, ජලය හරි ජලවාෂ්ප හරි එකතු වුණාම ඒවා ඉලෙක්ට්රෝන අරගෙන මෙන්න මේ විදියට ඔක්සිහරණයට (Reduction) ලක් වෙනවා.
O2 (g) + H2O (l) + 4e- → 4OH- (aq)
මේ අනුව යකඩ මල බැඳීමේදී වෙන අර්ධ ප්රතික්රියා (Half reactions) මෙන්න මෙහෙම පෙන්නන්න පුළුවන්.
පළවෙනි ප්රතික්රියාවෙන් (Reaction) පිට වෙන ඉලෙක්ට්රෝන ගණනයි, දෙවෙනි ප්රතික්රියාවෙන් ගන්න ඉලෙක්ට්රෝන ගණනයි සමාන වෙන්න ඕන.
1 × 2 + 2Fe (s) → 2Fe2+ (aq) + 4e-
3 + 2O2 (g) + H2O (l) + 2Fe (s) → 2Fe2+ (aq) + 4OH- (aq)
2 Fe(OH)2
මේ අනුව මල බැඳීමේදී වෙන්නේ ඔයා 2.6 පාඩමේදී ඉගෙනගත්ත විද්යුත් රසායනික ක්රියාවලියක් (Electrochemical process) කියලා තේරෙනවා.
මෙතනදී වෙන පළවෙනි ප්රතික්රියාව ඇනෝඩ ප්රතික්රියාවක් (Anode reaction) (ඔක්සිකරණයක් වෙන නිසා), දෙවෙනි ප්රතික්රියාව කැතෝඩ ප්රතික්රියාවක් (Cathode reaction) (ඔක්සිහරණයක් වෙන නිසා) විදියට හඳුන්වන්න පුළුවන්.
උඩ හැදුන Fe(OH)2 තවදුරටත් වාතයත් එක්ක ප්රතික්රියා කරලා සජල ෆෙරික් ඔක්සයිඩ් (Hydrated ferric oxide) හදනවා.
4 Fe(OH)2 (s) + O2 (g) → 2(Fe2O3 . H2O) (s) + 2H2O (l)
මින් සෑදෙන සජල ෆෙරික් ඔක්සයිඩ් හෙවත් මලකඩ රතු දුඹුරු පාටයි. සජලනය (Hydration) වීමේදී ෆෙරික් ඔක්සයිඩ් හා සම්බන්ධ වෙන ජල අණු ගණන වෙනස් වෙන්න පුළුවන් නිසා මලකඩවල රසායනික සූත්රය (Chemical formula), Fe2O3 . nH2O විදියට පෙන්නන එක වඩා හොඳයි.
දෙහි ගෙඩියක් කැපුව පිහියක් සෝදන්නේ නැතුව දවසක් විතර තිබ්බොත් ඒකේ දෙහි ඇඹුල් ගෑවුණු තැන මලකඩ බඳින්න ලක් වෙලා තියෙනවා ඔයාට පේනවා ඇති.
මලකඩ බඳින්න ආම්ලික ස්වභාවය (Acidic nature) කොහොමද බලපාන්නේ කියලා හොයලා බලන්න අපි දැන් ක්රියාකාරකමක නිරත වෙමු.
අවශ්ය ද්රව්ය: කැකෑරුම් නළ තුනක්, ජලය, දෙහි ඇඹුල්, තනුක හයිඩ්රොක්ලෝරික් අම්ලය (Dilute hydrochloric acid)
ක්රමය:
දෙහි ඇඹුල් සහ තනුක හයිඩ්රොක්ලෝරික් අම්ලය දාපු නළවල තියෙන යකඩ ඇණ, සාමාන්ය වතුර දාපු නළයේ තියෙන යකඩ ඇණයට වඩා වැඩියෙන් මලකඩ බැඳිලා තියෙනවා ඔයාට පේනවා ඇති.
මේ අනුව අම්ල (Acids), මලකඩ බඳින වේගය වැඩි කරනවා කියලා තීරණය කරන්න පුළුවන්.
මුහුදුබඩ පළාත්වල ගෙවල්වල පාවිච්චි කරන යකඩ බඩු අනිත් පළාත්වල පාවිච්චි කරන යකඩ බඩුවලට වඩා ඉක්මනට මලකඩ බඳිනවා කියලා ඔයා අහලා තියෙනවද?
ඒ ගැන හොයලා බලන්න අපි දැන් ක්රියාකාරකමක නිරත වෙමු.
අවශ්ය ද්රව්ය: පිරිසිදු කරගත් යකඩ ඇණ, කැකෑරුම් නළ, ඝන සෝඩියම් ක්ලෝරයිඩ් (Solid sodium chloride)
ක්රමය:
මෙතනදී සෝඩියම් ක්ලෝරයිඩ් දාපු නළයේ තියෙන යකඩ ඇණය සාමාන්ය වතුර දාපු නළයේ තියෙන යකඩ ඇණයට වඩා මලකඩ බැඳිලා තියෙනවා.
මේ අනුව සෝඩියම් ක්ලෝරයිඩ්වලින් මලකඩ බඳින එක වේගවත් කරනවා කියලා පැහැදිලියි. සෝඩියම් ක්ලෝරයිඩ් කියන්නේ ලුණු වර්ගයක්. ගොඩක් ලවණ (Salts) මලකඩ බඳින වේගය වැඩි කරනවා. මුහුදුබඩ පළාත්වල ලවණ ගතිය වැඩියි. ඒ නිසා ඒ පළාත්වල පාවිච්චි කරන යකඩ බඩු ඉක්මනට මලකඩ බඳිනවා.
අම්ල මලකඩ බඳින වේගය වැඩි කරනවා කියලා අපි ඉගෙන ගත්තා. ඊළඟට භස්ම (Bases) මලකඩ බඳින්න බලපාන විදිය හොයලා බලන්න අපි දැන් ක්රියාකාරකමක නිරත වෙමු.
අවශ්ය ද්රව්ය: කැකෑරුම් නළ දෙකක්, පිරිසිදු කරගත් යකඩ ඇණ දෙකක්, සෝඩියම් හයිඩ්රොක්සයිඩ් (Sodium hydroxide) ද්රාවණය
ක්රමය:
සාමාන්ය වතුර දාපු නළයේ තියෙන යකඩ ඇණය මලකඩ බැඳිලා තියෙනවා. ඒත් සෝඩියම් හයිඩ්රොක්සයිඩ් දාපු නළයේ තියෙන ඇණය මලකඩ බැඳිලා නෑ කියලා ඔයාට පේනවා.
භස්ම මලකඩ බඳින වේගය අඩු කරනවා කියලා මේකෙන් තහවුරු වෙනවා.
ගොඩක් ප්රයෝජනවත් ලෝහයක් වෙන යකඩ ඉක්මනට විඛාදනයට ලක් වෙන එක හොඳ නැති දෙයක්. ඒ නිසා යකඩවලින් හදන දේවල් විඛාදනය වෙන එක නවත්තන්න පියවර ගන්න ඕන.
යකඩ විඛාදනය වෙන එක නවත්තන්න ඔයා මොන වගේ දේවල්ද යෝජනා කරන්නේ?
යකඩ මලකඩ බඳින්න ඕන කරන දේවල් යකඩවලට ලැබෙන එක නවත්තන එක හොඳයි කියලා ඔයා කියයි.
ඇත්තටම යකඩ, ඔක්සිජන් සහ ජලයත් එක්ක ගැටෙන්නේ නැත්නම් මලකඩ බඳින එක නවත්තන්න පුළුවන්.
ඒකට මෙන්න මේ දේවල් කරන්න පුළුවන්.
මේ අවස්ථා දෙකේම ගාන දේ ආරක්ෂිත පටලයක් (Protective film) වගේ වැඩ කරනවා.
යකඩ විඛාදනයට අනිත් ලෝහවල බලපෑම කොහොමද කියලා හොයලා බලන්න අපි දැන් ක්රියාකාරකමක් කරමු.
අවශ්ය ද්රව්ය: පිරිසිදු කරපු යකඩ ඇණ පහක්, ඒගාර් ජෙලි (Agar jelly), සෝඩියම් ක්ලෝරයිඩ් (Sodium chloride), ෆිනෝප්තැලීන් දර්ශකය (Phenolphthalein indicator), පොටෑසියම් ෆෙරීසයනයිඩ් (Potassium ferricyanide), පෙට්රි දීසි (Petri dishes), මැග්නීසියම් (Magnesium), සින්ක් (Zinc), කොපර් (Copper) සහ ලෙඩ් (Lead) ලෝහ පටි, ජලය
ක්රමය:
ෆිනෝල්ප්තලීන් දර්ශකය, OH- අයන තියෙනකොට රෝස පාට වෙනවා.
Fe2+ අයන, පොටෑසියම් පෙරීසයනයිඩ් එක්ක නිල් පාටක් දෙනවා.
උඩ තියෙන දෙවෙනි සහ තුන්වෙනි පෙට්රි දීසිවල යකඩ ඇණ වටේ රෝස පාට පේනවා. ඒ කියන්නේ යකඩ ඇණය ලඟ OH- අයන හැදිලා තියෙනවා. නිල් පාටක් නැති නිසා Fe2+ අයන හැදිලා නෑ කියලා පේනවා.
දෙවෙනි සහ තුන්වෙනි පෙට්රි දීසිවල තියෙන්නේ යකඩවලට වඩා සක්රියතාවය (Activity) වැඩි මැග්නීසියම් සහ සින්ක් සම්බන්ධ කරපු යකඩ ඇණ.
ඒ කියන්නේ යකඩ ඇණ ලඟ වෙලා තියෙන්නේ කැතෝඩ ප්රතික්රියාවක්.
O2 (g) + H2O (l) + 4e- → 4OH- (aq)
මෙතනදී ඇනෝඩය (Anode) විදියට වැඩ කරන්නේ සක්රියතාවය වැඩි මැග්නීසියම් සහ සින්ක් ලෝහ. එතනදී ඔක්සිකරණය වෙනවා.
Mg (s) → Mg2+ (aq) + 2e-
Zn (s) → Zn2+ (aq) + 2e-
සෑදෙන Fe2+ අයන සහ OH- අයන, මාධ්යයේ ඇති පොටෑසියම් ෆෙරිසයනයිඩ් (Potassium ferricyanide) සමග වර්ණයක් ඇති නොකරයි.
4 හා 5 පෙට්රි දීසිවල යකඩ ඇණ වටා නිල් පාටක් ඇති වීමෙන් පෙනී යන්නේ Fe3+ අයන සෑදී ඇති බවයි. එනම් ඒවායේ ඇති යකඩ ඇණ විඛාදනය වී ඇති බවයි. එහිදී යකඩ ඇනෝඩය ලෙස ක්රියාකරමින් පහත ආකාරයට ඔක්සිකරණය (Oxidation) වේ.
Fe ⟶ Fe2+ + 2e-
කොපර් (Copper) සහ ලෙඩ් (Lead) සක්රියතා ශ්රේණියේ යකඩවලට වඩා පහළින් පිහිටා ඇත. එවැනි ලෝහයකට යකඩ සම්බන්ධ වී ඇති විට යකඩ මල බැඳේ. කොපර් සහ ලෙඩ් ලෝහ පටි වටා රෝස පාට වීමෙන් පෙනී යන්නේ ඒවා අසල OH- අයන සෑදී ඇති බවයි. එනම් කොපර් සහ ලෙඩ් අසල දී පහත දැක්වෙන කැතෝඩ ප්රතික්රියාව (Cathode reaction) සිදු වේ.
O2 + 2H2O + 4e- ⟶ 4OH-
ඉහත නිරීක්ෂණවලට අනුව යකඩ, විඛාදනයෙන් ආරක්ෂා කිරීමට, සක්රියතා ශ්රේණියේ යකඩවලට වඩා ඉහළින් පිහිටන ලෝහයක් සම්බන්ධ කර තැබිය හැකි බව ඔබට පැහැදිලි වනු ඇත. එවිට යකඩ කැතෝඩය ලෙස ක්රියාකරමින් විඛාදනයෙන් ආරක්ෂා වේ.
යකඩ, විද්යුත් රසායනික කෝෂයක කැතෝඩය බවට පත් කිරීම කැතෝඩීය ආරක්ෂණ ක්රමය හෙවත් කැප කිරීමේ ආරක්ෂණ ක්රමය (Sacrificial protection) ලෙස හැඳින්වේ.