इलेक्ट्रोकेमिस्ट्री में द्रव्यमान परिवहन और विसरण
द्रव्यमान परिवहन यह नियंत्रित करता है कि अभिकर्मक इलेक्ट्रोड तक कैसे पहुँचते हैं और उत्पाद उससे कैसे निकलते हैं, जो अक्सर इलेक्ट्रोड अभिक्रिया द्वारा बनाए जा सकने वाले करंट को सीमित करता है, भले ही उसकी आंतरिक गतिजता कुछ भी हो।
Definition
प्रक्रियाओं का वह समूह—सांद्रता प्रवणता के कारण विसरण, विद्युत क्षेत्र में आयनों का प्रवासन, और संवहनी प्रवाह—जो इलेक्ट्रोएक्टिव प्रजातियों को इलेक्ट्रोड तक पहुँचाता है और उत्पादों को हटाता है, अक्सर अधिकतम प्राप्त करने योग्य धारा को निर्धारित करता है।
Scope
यह विषय इलेक्ट्रोकेमिकल प्रणालियों में द्रव्यमान परिवहन के तीन तरीकों—विसरण, प्रवासन और संवहन—नेर्नस्ट-प्लैंक समीकरण में उनके संयोजन, विसरण परत की अवधारणा, क्षणिक और स्थिर-अवस्था विसरण-सीमित धाराओं, और नियंत्रित-हाइड्रोडायनामिक विधियों जैसे घूर्णन डिस्क इलेक्ट्रोड को शामिल करता है। यह बताता है कि इलेक्ट्रोड अभिक्रिया कब और क्यों परिवहन-सीमित हो जाती है।
Core questions
- वे तीन तरीके क्या हैं जिनसे प्रजातियाँ इलेक्ट्रोड तक और उससे दूर जाती हैं?
- एक क्षय (विसरण) परत कैसे बनती है और इलेक्ट्रोड पर धारा को कैसे नियंत्रित करती है?
- पर्याप्त रूप से बड़े ओवरपोटेंशियल पर विसरण-सीमित पठार धारा क्यों दिखाई देती है?
- घूर्णन डिस्क इलेक्ट्रोड जैसी नियंत्रित-संवहन विधियाँ प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य, गणना योग्य परिवहन कैसे देती हैं?
Key theories
- नेर्नस्ट-प्लैंक फ्लक्स समीकरण
- घुली हुई प्रजाति के फ्लक्स को सांद्रता प्रवणता द्वारा संचालित विसरण, विद्युत क्षेत्र द्वारा संचालित प्रवासन, और थोक द्रव गति से संवहन के योग के रूप में व्यक्त करता है, जो इलेक्ट्रोलाइट समाधानों के लिए सामान्य परिवहन नियम प्रदान करता है।
- विसरण परत और सीमित धारा
- इलेक्ट्रोड के पास एक पतली परत अभिकर्मक से रहित हो जाती है; जब इसकी सांद्रता सतह पर शून्य हो जाती है तो धारा एक विसरण-सीमित मान पर संतृप्त हो जाती है जो थोक सांद्रता के समानुपाती और परत की मोटाई के व्युत्क्रमानुपाती होती है।
Clinical relevance
द्रव्यमान-परिवहन नियंत्रण एम्पीरोमेट्रिक बायोसेन्सर में पता लगाने की सीमा और प्रतिक्रिया निर्धारित करता है, बैटरी में दर क्षमता और चार्जिंग हानियों को नियंत्रित करता है, इलेक्ट्रोप्लेटिंग और इलेक्ट्रोविनिंग में वर्तमान घनत्व को सीमित करता है, और प्रवाह कोशिकाओं और इलेक्ट्रोलाइज़र के डिजाइन का आधार है।
History
फिक के 1855 के विसरण नियम और आयनिक परिवहन के नेर्नस्ट-प्लैंक उपचार ने नींव प्रदान की; लेविच के मध्य-20वीं सदी के भौतिक-रासायनिक हाइड्रोडायनामिक्स पर किए गए कार्य ने संवहनी-विसरण समस्याओं जैसे घूर्णन डिस्क इलेक्ट्रोड को हल किया, जिससे परिवहन मात्रात्मक रूप से सुलभ हो गया।
Key figures
- Veniamin Levich
- Adolf Fick
- John Newman
Related topics
Seminal works
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- levich1962
Frequently asked questions
- सहायक इलेक्ट्रोलाइट जोड़ने से द्रव्यमान परिवहन विश्लेषण क्यों सरल हो जाता है?
- अक्रिय इलेक्ट्रोलाइट की उच्च सांद्रता अधिकांश प्रवासन धारा को वहन करती है और इलेक्ट्रोड पर क्षेत्र को ढालती है, इसलिए इलेक्ट्रोएक्टिव प्रजाति अनिवार्य रूप से केवल विसरण द्वारा चलती है, जिसे मॉडल करना कहीं अधिक आसान है।
- विसरण-सीमित धारा को क्या निर्धारित करता है?
- यह इस बात से निर्धारित होता है कि अभिकर्मक कितनी तेजी से क्षय परत को पार करके सतह तक विसरित हो सकता है, जो विसरण गुणांक और थोक सांद्रता के साथ बढ़ता है और विसरण-परत की मोटाई के व्युत्क्रमानुपाती होता है, जो इलेक्ट्रोड की आंतरिक गतिजता से स्वतंत्र होता है।