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फैराडे का विद्युत अपघटन का प्रथम नियम

1834-01-01
  • Michael Faraday
Electrolysis experiment by Michael Faraday in a historical laboratory setting.

(यह छवि केवल उदाहरण के लिए बनाई गई है)

This law states that the mass of a substance altered at an electrode during इलेक्ट्रोलीज़ is directly proportional to the quantity of electricity transferred. The relationship is expressed by the formula [latex]m = \frac{Q}{F} \frac{M}{z}[/latex], where m is mass, Q is total electric charge, F is the Faraday constant, M is molar mass, and z is the valence number of ions of the substance.

फैराडे का पहला नियम का इलेक्ट्रोलीज़ provides a quantitative relationship between electricity and chemical change. It establishes that the amount of chemical reaction that occurs at an electrode is directly proportional to the electric charge passed through the electrolyte. The charge, Q, is the product of the current (I) and the time (t), so Q = It. The formula can be rewritten as [latex]m = (\frac{M}{zF})It[/latex], highlighting this dependency.

इस समीकरण में, पद [latex]frac{M}{zF}[/latex] को पदार्थ का विद्युतरासायनिक समतुल्य कहा जाता है। यह प्रति इकाई आवेश पर जमा या मुक्त पदार्थ के द्रव्यमान को दर्शाता है। फैराडे स्थिरांक, F, एक मूलभूत भौतिक स्थिरांक है जो इलेक्ट्रॉनों के प्रति मोल विद्युत आवेश के परिमाण को दर्शाता है, जो लगभग 96,485 कूलम्ब प्रति मोल होता है। चर ‘z’ इलेक्ट्रोड अभिक्रिया में पदार्थ के प्रति मोल स्थानांतरित इलेक्ट्रॉनों की संख्या को दर्शाता है (उदाहरण के लिए, Na⁺ के लिए z=1, Cu²⁺ के लिए z=2, Al³⁺ के लिए z=3)।

यह नियम विद्युत और रसायन विज्ञान के पहले से अलग-अलग क्षेत्रों को जोड़ने में एक महत्वपूर्ण कदम था। फैराडे से पहले, यह संबंध केवल गुणात्मक था। उनके सावधानीपूर्वक किए गए प्रयोगों, जिनमें विभिन्न विलयनों में निश्चित समय तक ज्ञात धारा प्रवाहित करना और परिणामी अवक्षेपों का वजन करना शामिल था, ने इस सटीक गणितीय संबंध के लिए अनुभवजन्य प्रमाण प्रदान किए। इसने विद्युत रसायन विज्ञान को एक मात्रात्मक विज्ञान के रूप में स्थापित करने की नींव रखी और यह प्रदर्शित किया कि विद्युत बल मौलिक स्तर पर रासायनिक बंधन और प्रतिक्रियाओं से सीधे जुड़े हुए हैं, जो स्वयं इलेक्ट्रॉन की खोज से भी पहले की बात है।

UNESCO Nomenclature: 2406
विद्युत रसायन विज्ञान

Type

भौतिक नियम

व्यवधान

मूलभूत

उपयोग

व्यापक उपयोग

शगुन

  • आविष्कार वोल्टाइक ढेर एलेसांड्रो वोल्टा द्वारा
  • हम्फ्री डेवी द्वारा विद्युत अपघटन का उपयोग करके सोडियम और पोटेशियम का पृथक्करण
  • हंस क्रिश्चियन ओर्स्टेड द्वारा विद्युत और चुंबकत्व के बीच संबंध की खोज।

आवेदन

  • ELECTROPLATING
  • धातुओं का विद्युत-निष्कर्षण और विद्युत-शोधन
  • रासायनिक विश्लेषण के लिए कूलमेट्री
  • औद्योगिक रसायनों का उत्पादन
  • बैटरी क्षमता माप

पेटेंट:

NA

संभावित नवाचार विचार

  • on-demand synthesis of nanoparticles with precise mass control
  • स्थानीयकृत इलेक्ट्रोडिपोजिशन का उपयोग करके धातु की वस्तुओं की 3डी प्रिंटिंग
  • पहनने योग्य sensors that measure electrolyte loss through sweat via coulometry
  • औषधीय अग्रदूतों के उत्पादन के लिए लघु आकार के रिएक्टर
  • स्व-मरम्मत करने वाली कोटिंग्स जो खरोंचों को भरने के लिए धातु को इलेक्ट्रोडिपॉजिट करती हैं
  • विद्युत रासायनिक कीटाणुशोधन का उपयोग करने वाली विकेन्द्रीकृत जल शोधन प्रणालियाँ
  • प्रतिवर्ती धातु निक्षेपण पर आधारित ऊर्जा भंडारण प्रणालियाँ
  • सूक्ष्मइलेक्ट्रॉनिक घटकों की सटीक नक्काशी
संबंधित विषय: फैराडे का नियम, विद्युत अपघटन, विद्युत रसायन, विद्युत की मात्रा, फैराडे स्थिरांक, विद्युत रासायनिक समतुल्य, विद्युतचयन, कूलमेट्री।

ऐतिहासिक संदर्भ

Tropical rainforest exhibiting high biodiversity, key in biogeography studies.

अक्षांशीय विविधता प्रवणता (एलडीजी)

अक्षांशीय विविधता प्रवणता पारिस्थितिकी में सबसे मान्यता प्राप्त वैश्विक प्रवृत्तियों में से एक है। यह उच्च अक्षांश वाले ध्रुवीय क्षेत्रों से निम्न अक्षांश वाले उष्णकटिबंधीय क्षेत्रों तक जैव विविधता में होने वाली सामान्य वृद्धि का वर्णन करती है, जिसे प्रजाति समृद्धि के रूप में मापा जाता है। यह प्रवृत्ती स्थलीय और समुद्री दोनों वातावरणों में स्तनधारियों, पक्षियों, कीटों और पौधों सहित विभिन्न वर्गीकरण समूहों में देखी जाती है।

फैराडे का विद्युत अपघटन का प्रथम नियम

Sterile filtration apparatus for microbiological applications in a cleanroom setting.

रोगाणुरहित निस्पंदन

यह एक भौतिक नसबंदी विधि है जो तरल पदार्थों और गैसों से सूक्ष्मजीवों को हटाने के लिए उन्हें एक ऐसे फिल्टर से गुजारती है जिसका छिद्र आकार इतना छोटा होता है कि सूक्ष्मजीव उसमें फंस जाते हैं। नसबंदी फिल्टर के लिए आमतौर पर 0.22 माइक्रोमीटर (µm) का छिद्र आकार उपयोग किया जाता है, जो अधिकांश जीवाणुओं को प्रभावी ढंग से हटा देता है। यह तकनीक सूक्ष्मजीवों को मारती नहीं है बल्कि उन्हें भौतिक रूप से अलग करती है, जिससे यह ऊष्मा के प्रति संवेदनशील विलयनों के लिए आदर्श है।
Biochemist synthesizing peptides using solid-phase peptide synthesis in a laboratory.

पेप्टाइड बॉन्ड

पेप्टाइड बंध दो अमीनो अम्ल अणुओं के बीच बनने वाला एक सहसंयोजक रासायनिक बंध है। यह एक अमीनो अम्ल के कार्बोक्सिल समूह (-COOH) को दूसरे अमीनो अम्ल के अमीनो समूह (-NH₂) से जोड़ता है, जिससे निर्जलीकरण संश्लेषण अभिक्रिया में जल का एक अणु मुक्त होता है। यह एमाइड प्रकार का बंध पॉलीपेप्टाइड श्रृंखलाओं के निर्माण के लिए मूलभूत है, जो प्रोटीन की प्राथमिक संरचना का आधार है।
Thermal sterilization setup with microbial cultures and temperature monitoring in applied microbiology.

दशमलव न्यूनीकरण समय (डी-मान)

डी-वैल्यू किसी विशिष्ट तापमान पर लक्षित सूक्ष्मजीवों की 90% (या एक लॉग कमी) आबादी को नष्ट करने के लिए आवश्यक समय है। यह थर्मल स्टेरिलाइज़ेशन में एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है, जो सूक्ष्मजीव की गर्मी के प्रति प्रतिरोधक क्षमता को मापता है। उदाहरण के लिए, यदि [latex]10^6[/latex] बीजाणुओं की आबादी का डी-वैल्यू 2 मिनट है, तो इसे [latex]10^5[/latex] तक कम करने में 2 मिनट लगते हैं।
Chemiluminescence experiment with luminol in analytical chemistry.

ल्यूमिनोल

क्षारीय विलयन में ऑक्सीकरण कारक के साथ मिलाने पर ल्यूमिनोल (C8H7N3O2) तीव्र नीली रासायनिक प्रकाशिक चमक प्रदर्शित करता है। इसके लिए उत्प्रेरक की आवश्यकता होती है, जो अक्सर हीमोग्लोबिन में पाए जाने वाले हीम जैसे लौह यौगिक होते हैं। यह अभिक्रिया ल्यूमिनोल का ऑक्सीकरण करती है, जिससे एक अस्थिर पेरोक्साइड बनता है जो विद्युत रूप से उत्तेजित अवस्था में 3-एमिनोफ्थालेट में विघटित हो जाता है। यह उत्तेजित अवस्था फिर क्षय होकर एक नीला फोटॉन उत्सर्जित करती है।
Biochemist demonstrating protein denaturation in a laboratory setting.

प्रोटीन विकृतीकरण

प्रोटीन का विकृतीकरण वह प्रक्रिया है जिसमें प्रोटीन अपनी मूल त्रि-आयामी संरचना खो देता है। द्वितीयक, तृतीयक और चतुर्धातुक संरचनाओं का यह विघटन ऊष्मा, अत्यधिक pH, कार्बनिक विलायक या विकिरण जैसे बाहरी कारकों के कारण होता है। यद्यपि अमीनो अम्लों का प्राथमिक क्रम बरकरार रहता है, लेकिन आकार में परिवर्तन के परिणामस्वरूप प्रोटीन का जैविक कार्य भी समाप्त हो जाता है।
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Greenhouse showcasing plants undergoing photosynthesis in a vintage setting.

प्रकाश संश्लेषण

प्रकाश संश्लेषण एक ऐसी प्रक्रिया है जिसका उपयोग पौधे, शैवाल और कुछ जीवाणु प्रकाश ऊर्जा को रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित करने के लिए करते हैं। सूर्य का प्रकाश कार्बन डाइऑक्साइड और जल को ग्लूकोज (ऊर्जा भंडारण के लिए एक शर्करा) और ऑक्सीजन (उपउत्पाद के रूप में) में परिवर्तित करने के लिए ऊर्जा प्रदान करता है। इसका सरलीकृत रासायनिक समीकरण इस प्रकार है: [latex]6CO_2 + 6H_2O + text{प्रकाश ऊर्जा} rightarrow C_6H_{12}O_6 + 6O_2[/latex]।
Electrolysis apparatus demonstrating water decomposition into hydrogen and oxygen gases.

जल का विद्युत अपघटन

जल का विद्युत अपघटन वह प्रक्रिया है जिसमें जल (H₂O) को विद्युत धारा प्रवाहित करके उसके मूल तत्वों, ऑक्सीजन (O₂) और हाइड्रोजन (H₂) में विघटित किया जाता है। कैथोड पर, दो जल अणु अपचयित होकर हाइड्रोजन गैस और हाइड्रॉक्साइड आयन बनाते हैं। एनोड पर, दो जल अणु ऑक्सीकृत होकर ऑक्सीजन गैस, प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन बनाते हैं।
Antique autoclave used for steam sterilization in applied microbiology.

ऑटोक्लेव भाप नसबंदी

उपकरणों और सामग्रियों को कीटाणुरहित करने के लिए उच्च तापमान पर उच्च दाब वाली संतृप्त भाप का उपयोग करने की एक विधि। एक सामान्य चक्र 121 डिग्री सेल्सियस (250 डिग्री फारेनहाइट) पर 100 किलोपैसेंट (15 साईसेंट) के वायुमंडलीय दाब से ऊपर 15 मिनट का होता है। गर्मी और नमी का यह संयोजन प्रोटीन और एंजाइमों को प्रभावी ढंग से निष्क्रिय कर देता है, जिससे प्रतिरोधी जीवाणु बीजाणुओं सहित सभी सूक्ष्मजीव नष्ट हो जाते हैं।
UV Germicidal Irradiation system in a laboratory for microbial disinfection.

यूवी रोगाणुनाशक विकिरण (यूवीजीआई)

यूवी रोगाणुनाशक विकिरण (यूवीजीआई) सूक्ष्मजीवों को मारने या निष्क्रिय करने के लिए कम तरंगदैर्ध्य वाली पराबैंगनी सी (यूवीसी) विकिरण का उपयोग करता है, जो आमतौर पर 254 एनएम पर होती है। यूवीसी प्रकाश बैक्टीरिया, वायरस और अन्य रोगजनकों के न्यूक्लिक एसिड (डीएनए और आरएनए) को बाधित करता है, जिससे उनकी प्रजनन क्षमता और रोग उत्पन्न करने की क्षमता नष्ट हो जाती है। इस गैर-रासायनिक कीटाणुशोधन विधि का उपयोग हवा, पानी और सतहों के रोगाणुशोधन के लिए किया जाता है।
Industrial electrolyzer setup illustrating overpotential in electrochemistry.

अतिविभव (रसायन विज्ञान)

अतिविभव, किसी अर्ध-अभिक्रिया के ऊष्मागतिकीय रूप से निर्धारित अपचयन विभव और उस विभव के बीच का विभव अंतर (वोल्टेज) है जिस पर अपघटन को प्रयोगात्मक रूप से देखा जाता है। यह इलेक्ट्रोड अभिक्रिया को महत्वपूर्ण दर से आगे बढ़ाने के लिए सक्रियण अवरोधों को पार करने हेतु आवश्यक अतिरिक्त ऊर्जा को दर्शाता है। यह सभी इलेक्ट्रोलाइटिक प्रक्रियाओं की ऊर्जा दक्षता में एक महत्वपूर्ण कारक है।
Laboratory scene of insulin isolation by Banting and Best, 1921, endocrinology research.

इंसुलिन की खोज और पृथक्करण

1921 में, टोरंटो विश्वविद्यालय में जॉन मैकलियोड के मार्गदर्शन में फ्रेडरिक बैंटिंग और चार्ल्स बेस्ट ने कुत्ते के अग्नाशय के अर्क से इंसुलिन को अलग किया। जैव रसायनज्ञ जेम्स कोलिप ने फिर एक शुद्धिकरण प्रक्रिया विकसित की, जिससे यह अर्क मानव उपयोग के लिए सुरक्षित हो गया। इस खोज ने टाइप 1 मधुमेह को एक घातक बीमारी से एक प्रबंधनीय स्थिति में बदल दिया, जिसके लिए बैंटिंग और मैकलियोड को 1923 का नोबेल पुरस्कार मिला।
Laboratory scene depicting cutaneous vitamin D synthesis research in biochemistry.

त्वचीय विटामिन डी संश्लेषण

सूर्य का प्रकाश, विशेष रूप से पराबैंगनी बी (यूवीबी) किरणें जिनकी तरंगदैर्ध्य 290-315 एनएम के बीच होती है, त्वचा में विटामिन डी के संश्लेषण को प्रेरित करती हैं। जब यूवीबी फोटॉन त्वचा पर पड़ते हैं, तो वे 7-डीहाइड्रोकोलेस्टेरॉल को प्रीविटामिन डी3 में परिवर्तित कर देते हैं, जो बाद में विटामिन डी3 (कोलेकैल्सीफेरोल) में परिवर्तित हो जाता है। यह प्रक्रिया मनुष्यों के लिए विटामिन डी का प्राथमिक प्राकृतिक स्रोत है।
Researcher examining chromatophores in ectothermic vertebrates for hormonal pigment translocation.

वर्णक स्थानांतरण का हार्मोनल नियंत्रण

मछलियों और उभयचरों जैसे कई बाह्यतापी कशेरुकी जीवों में, रंग परिवर्तन एक धीमी, शारीरिक प्रक्रिया है जो हार्मोन द्वारा नियंत्रित होती है। क्रोमेटोफोर के भीतर वर्णक कणिकाएं एक सूक्ष्म नलिकाकार संरचना के साथ स्थानांतरित होती हैं। मेलानोसाइट-उत्तेजक हार्मोन (एमएसएच) जैसे हार्मोन वर्णक फैलाव (गहरापन) का कारण बनते हैं, जबकि मेलाटोनिन या मेलानोसाइट-सांद्रण हार्मोन (एमसीएच) एकत्रीकरण (हल्कापन) को प्रेरित करते हैं, जिससे कुछ मिनटों से लेकर घंटों तक के समय में जीव का रंग उसके वातावरण के अनुकूल हो जाता है।

(यदि तिथि अज्ञात है या प्रासंगिक नहीं है, उदाहरण के लिए "द्रव यांत्रिकी", तो इसके उल्लेखनीय उद्भव का एक अनुमानित आंकड़ा प्रदान किया गया है)

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