1.5 உலோகவியலின் மின்வேதித் தத்துவங்கள்#
வெப்ப இயக்கவியல் தத்துவங்களைப் போலவே உலோகவியலில் மின்வேதித் தத்துவங்களும் பயன்படுகின்றன. சோடியம், பொட்டாசியம் போன்ற வினைதிறன் மிக்க உலோகங்களின் ஆக்சைடுகளை கார்பனைக் கொண்டு ஒடுக்குவது வெப்ப இயக்கவியல் படி சாத்தியமற்றதாகும். இத்தகைய தனிமங்கள் அவைகளின் தாதுக்களிலிருந்து மின்வேதி முறைகளைப் பயன்படுத்தி பிரித்தெடுக்கப்படுகின்றன.
அதிக வினைத்திறன் கொண்ட உலோகமானது, ஒப்பீட்டு அளவில் குறைவான வினைத்திறன் கொண்ட உலோக அயனிகளைக் கொண்டுள்ள கரைசலில் சேர்க்கப்படும் போது, அதிக வினைத்திறன் கொண்ட உலோகம் கரைசலுக்குள் செல்கிறது. எடுத்துக்காட்டு
\[ \frac{2}{y} M_xO_y (s) \rightarrow \frac{2x}{y} M (s) + O_2 (g) \quad (1) \]\[ \Delta G^o = -nFE^o \]இங்கு ‘n’ என்பது, ஒடுக்கும் செயல்முறையின் எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை, F என்பது பாரடே மற்றும் \( E^0 \) என்பது ஆக்சிஜனேற்ற ஒடுக்க இணையின் மின் முனை மின்னழுத்தம்.
\( E^\circ \) ஆனது நேர்குறியுடையது எனில், \( \Delta G \) ஆனது எதிர்குறியைப் பெறும் மேலும் ஒடுக்க வினை தன்னிச்சையாக நிகழும். எனவே ஒட்டு மொத்த வினையின் நிகர மின்னழுத்தம் நேர்குறி மதிப்பைப் பெறுமாறு ஒடுக்க வினை திட்டமிடப்படுகிறது.
\[ Cu(s) + 2Ag^+(aq) \rightarrow Cu^{2+}(aq) + 2Ag(s) \]\[ Cu^{2+}(aq) + Zn(s) \rightarrow Cu(s) + Zn^{2+}(aq) \]1.5.1 அலுமினியத்தின் மின்வேதி பிரிப்பு முறை (ஹால் ஹெரால்ட் முறையில் அலுமினியம் பிரித்தெடுத்தல்)#
இம்முறையில், கார்பன் மேல்பூச்சு பூசப்பட்ட ஒரு இரும்புத் தொட்டியில் மின்னாற் பகுத்தல் நிகழ்த்தப்படுகிறது. இது எதிர்மின் வாயாக செயல்படுகிறது. மின்பகுளியில் அமிழ்த்தி வைக்கப்பட்டுள்ள கார்பன் தண்டுகள் நேர்மின்வாயாகச் செயல்படுகின்றன. பாக்சைட்டிலிருந்து பெறப்பட்ட 20% அலுமினா கரைசல் உருகிய நிலையில் உள்ள கிரையோலைட்டுடன் கலக்கப்பட்டு மின்பகு கலனில் எடுத்துக்கொள்ளப்படுகிறது. இச்செயல்முறைகளில், உலோக உப்புகள் உருகிய அல்லது கரைசல் நிலையில் எடுத்துக் கொள்ளப்படுகின்றன. இதில் காணப்படும் உலோக அயனியானது தகுந்த ஒடுக்கும் காரணியுடன் வினைப்படுத்துதல் அல்லது மின்னாற்படுத்தல் மூலம் ஒடுக்கப்படுகிறது. மின்னாற் பகுத்தல் செயல்முறைக்கான கிப்ஸ் கட்டிலா ஆற்றல் மாற்றத்தினைப் பின்வரும் சமன்பாட்டினைப் பயன்படுத்தி பெற இயலும்.
$$ \tfrac{2}{y}\mathrm{M_xO_y\ (s)} \longrightarrow \tfrac{2x}{y}\mathrm{M\ (s)} +\mathrm{O_2\ (g)} $$10% கால்சியம் குளோரைடு கரைசல் மின்பகு கரைசலுடன் சேர்க்கப்படுகிறது. இங்கு கால்சியம் குளோரைடானது கலவையின் உருகுநிலையை குறைக்கப் பயன்படுகிறது. உருகிய கலவையானது 1270 K வெப்பநிலைக்கு மேல் இருக்குமாறு பராமரிக்கப்படுகிறது. இச்செயல்முறையில் நிகழும் வேதிவினைகள் பின்வருமாறு
\[ \text{அலுமினாவின் அயனியாக்கம் } Al_2O_3 \rightarrow 2Al^{3+} + 3O^{2-} \]எதிர்மின்வாயில் நிகழும் வினை: \( 2Al^{3+} \text{(உருகியநிலை)} + 6e^- \rightarrow 2Al (l) \)
நேர்மின்வாயில் நிகழும் வினை: \( 6O^{2-} \text{(உருகியநிலை)} \rightarrow 3O_2 + 12e^- \)
கார்பன் நேர்மின்வாயாக செயல்படுவதால் அதில் பின்வரும் வினைகளும் நிகழ்கிறது.
\[ C(s) + O^{2-}(melt) \rightarrow CO + 2e^- \]\[ C(s) + 2O^{2-}(melt) \rightarrow CO_2 + 4e^- \]மேற்கண்டுள்ள இரு வினைகளின் காரணமாக, மின்னாற்பகுத்தலின் போது நேர்மின்வாய் மெதுவாக கரைந்து விடுகிறது. எதிர்மின்வாயில் தூய அலுமினியம் வீழ்படிவாகி மின்பகுகலனின் அடிப்பகுதியில் தங்குகிறது. மின்னாற்பகுத்தலின் நிகர வினை பின்வருமாறு
\[ 4Al^{3+} \text{(உருகியநிலை)} + 6O^{2-} \text{(உருகியநிலை)} + 3C(s) \rightarrow 4Al(l) + 3CO_2(g) \]தன்மதிப்பீடு 4
- நீர்த்த \( NaCl \) ஐ மின்னாற்பகுத்தல் மூலம் உலோக சோடியம் பிரித்தெடுக்கப்படுகிறது. மின்னாற்பகுத்தலுக்குப்பின் கரைசல் காரத்தன்மையுடையதாகிறது. சாத்தியமான மின்முனை வினைகளை எழுதுக.