इलेक्ट्रोलाइटिक सेल

एक वैद्युतअपघटनी सेल एक वैद्युतरासायनिक सेल है जो एक रासायनिक प्रतिक्रिया को बल देने के लिए विद्युत ऊर्जा के बाहरी स्रोत का उपयोग करता है जो अन्यथा नहीं होता। बाहरी ऊर्जा स्रोत सेल के दो इलेक्ट्रोड के बीच लागू वोल्टेज है; एक ऐनोड (धनात्मक आवेश इलेक्ट्रोड) और एक कैथोड (ऋणात्मक आवेश इलेक्ट्रोड), जो एक वैद्युतअपघट्य विलयन में डूबे हुए हैं। यह एक बिजली उत्पन्न करने वाली सेल के विपरीत है, जो स्वयं विद्युत ऊर्जा का स्रोत है और एक बैटरी का आधार है। गैल्वेनिक सेल में होने वाली शुद्ध प्रतिक्रिया एक स्वैच्छिक प्रतिक्रिया है, अर्थात गिब्स मुक्त ऊर्जा -ve रहती है, जबकि वैद्युतअपघटनी सेल में होने वाली शुद्ध प्रतिक्रिया इस स्वैच्छिक प्रतिक्रिया के विपरीत होती है, यानी गिब्स मुक्त ऊर्जा +ve होती है।

सिद्धांत
एक वैद्युतअपघटनी सेल में, विद्युत धारा एक बाहरी वोल्टेज द्वारा सेल से होकर गुजरता है, जिससे एक गैर-स्वैच्छिक रासायनिक प्रतिक्रिया आगे बढ़ती है। एक गैल्वेनिक सेल में, एक स्वैच्छिक रासायनिक प्रतिक्रिया की प्रगति से विद्युत प्रवाह प्रवाहित होता है। वैद्युतअपघटनी सेल और एक गैल्वेनिक सेल के बीच की स्थिति में एक साम्य वैद्युतरासायनिक सेल उपस्थित है। बाहरी विद्युत परिपथ के माध्यम से विद्युत धारा को पुश करने के लिए एक स्वैच्छिक प्रतिक्रिया की प्रवृत्ति एक विरोधी विद्युत्वाहक बल द्वारा बिल्कुल संतुलित होती है ताकि कोई विद्युत धारा प्रवाहित न हो। यदि विरोधी विद्युत्वाहक बल बढ़ाया जाता है, तो सेल वैद्युतअपघटनी सेल बन जाती है, और यदि यह कम हो जाती है, तो सेल गैल्वेनिक सेल बन जाती है।

एक वैद्युतअपघटनी सेल में तीन घटक होते हैं: एक वैद्युतअपघट्य और दो इलेक्ट्रोड (एक कैथोड और एक एनोड)। वैद्युतअपघट्य आमतौर पर जल या अन्य विलायक का एक विलयन होता है जिसमें आयन घुल जाते हैं। पिघला हुआ नमक जैसे सोडियम क्लोराइड भी वैद्युतअपघट्य के रूप में कार्य कर सकता है। जब इलेक्ट्रोड पर लगाए गए बाहरी वोल्टेज द्वारा संचालित होता है, तो वैद्युतअपघट्य में आयन विपरीत आवेश वाले इलेक्ट्रोड की ओर आकर्षित होते हैं, जहां आवेश स्थानान्तरण (जिसे संवाहक या अपोपचयन भी कहा जाता है) प्रतिक्रियाएं हो सकती हैं। केवल सही ध्रुवता और पर्याप्त परिमाण की बाहरी विद्युत क्षमता (यानी, वोल्टेज) के साथ एक वैद्युतअपघटनी सेल विलयन में सामान्य रूप से स्थिर, या निष्क्रिय  रासायनिक यौगिक को विघटित कर सकता है। प्रदान की गई विद्युत ऊर्जा एक रासायनिक प्रतिक्रिया का कारण बन सकती है जो अन्यथा स्वत: नहीं होगी।

माइकल फैराडे ने एक सेल के कैथोड को इलेक्ट्रोड के रूप में परिभाषित किया, जिसके लिए धनायन (धनात्मक रूप से आवेशित आयन, जैसे चांदी के आयन Ag+) सेल के भीतर प्रवाह, उस इलेक्ट्रोड से इलेक्ट्रॉनों (ऋणात्मक आवेश ) के साथ प्रतिक्रिया करके कम किया जा सकता है। इसी तरह, उन्होंने एनोड को इलेक्ट्रोड के रूप में परिभाषित किया जिसमें आयन (ऋणात्मकरूप से आवेशित आयन, जैसे क्लोराइड आयन Cl$−$) सेल के भीतर प्रवाह, इलेक्ट्रोड पर इलेक्ट्रॉन जमा करके ऑक्सीकरण किया जाना। विद्युत परिपथ बनाने वाले गैल्वेनिक सेल (या बैटरी) के इलेक्ट्रोड से जुड़े एक बाहरी तार के लिए, कैथोड धनात्मक होता है और एनोड ऋणात्मक होता है। इस प्रकार गैल्वेनिक सेल के मामले में बाहरी सर्किट के माध्यम से कैथोड से एनोड तक धनात्मकविद्युत प्रवाह प्रवाहित होता है।

अनुप्रयोग
इलेक्ट्रोलीज़ नामक प्रक्रिया में वैद्युतअपघटनी कोशिकाओं का उपयोग अक्सर रासायनिक यौगिकों को विघटित करने के लिए किया जाता है- इलेक्ट्रो अर्थ बिजली के साथ और यूनानी शब्द लिसीज़ का अर्थ है तोड़ना। इलेक्ट्रोलिसिस के महत्वपूर्ण उदाहरण जल का हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में अपघटन, और बाक्साइट  का अल्युमीनियम और अन्य रसायनों में अपघटन है। इलेक्ट्रोप्लेटिंग (जैसे, तांबा, चांदी, निकल या क्रोमियम) वैद्युतअपघटनी सेल का उपयोग करके किया जाता है। इलेक्ट्रोलिसिस एक ऐसी तकनीक है जो प्रत्यक्ष विद्युत प्रवाह (डीसी) का उपयोग करती है।

व्यावसायिक रूप से, वैद्युतअपघटनी कोशिकाओं का उपयोग कई गैर-लौह धातुओं के इलेक्ट्रोरिफाइनिंग और इलेक्ट्रोविनिंग में किया जाता है। अधिकांश उच्च शुद्धता वाले एल्यूमीनियम, तांबा, जस्ता और सीसा औद्योगिक रूप से वैद्युतअपघटनी कोशिकाओं में उत्पादित होते हैं।

जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, जल, विशेष रूप से जब आयन जोड़े जाते हैं (खारा जल या अम्लीय जल), इलेक्ट्रोलाइज्ड (इलेक्ट्रोलिसिस के अधीन) हो सकता है। वोल्टेज के बाहरी स्रोत द्वारा संचालित होने पर, हाइड्रोजन (H$+$) आयन एक अपचयन अभिक्रिया में हाइड्रोजन गैस उत्पन्न करने के लिए इलेक्ट्रॉनों के साथ संयोजन करने के लिए कैथोड में प्रवाहित होते हैं। इसी तरह, हाइड्रॉक्साइड (OH$−$) आयन इलेक्ट्रॉनों को छोड़ने के लिए एनोड में प्रवाहित होते हैं और एक हाइड्रोजन (H$+$) आयन ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया में ऑक्सीजन गैस का उत्पादन करने के लिए।

गलित सोडियम क्लोराइड (NaCl) में, जब नमक में धारा प्रवाहित की जाती है तो ऐनोड क्लोराइड आयनों (Cl) को ऑक्सीकृत कर देता है।$−$) क्लोरीन गैस के लिए, यह इलेक्ट्रॉनों को एनोड में छोड़ता है। इसी तरह, कैथोड सोडियम आयनों को कम कर देता है (Na$+$), जो कैथोड से इलेक्ट्रॉनों को स्वीकार करता है और उन्हें कैथोड पर सोडियम धातु के रूप में जमा करता है।

सोडियम क्लोराइड जिसे जल में घोल दिया गया है, उसे भी इलेक्ट्रोलाइज़ किया जा सकता है। एनोड क्लोराइड आयनों का ऑक्सीकरण करता है (Cl$−$), और क्लोरीन पैदा करता है (Cl2) गैस। हालांकि, कैथोड पर, सोडियम आयनों को सोडियम धातु में कम करने के बजाय, जल के अणु हाइड्रोक्साइड आयनों (OH) में कम हो जाते हैं।$−$) और हाइड्रोजन गैस (H2). इलेक्ट्रोलिसिस का समग्र परिणाम क्लोरीन गैस, हाइड्रोजन गैस और जलीय सोडियम हाइड्रॉक्साइड (NaOH) घोल का उत्पादन है।

यह भी देखें

 * इलेक्ट्रोलिसिस
 * इलेक्ट्रोकेमिकल सेल
 * बिजली उत्पन्न करनेवाली सेल