ટાફેલનું સમીકરણ

January, 2014

ટાફેલનું સમીકરણ : સક્રિયણ  અતિવોલ્ટતા (activation over- voltage) h (અથવા w) અને (વીજ) પ્રવાહ ઘનતા, i, વચ્ચેનો સંબંધ દર્શાવતા ટાફેલના નિયમને રજૂ કરતું સમીકરણ. આ સમીકરણ ટાફેલે 1905માં પ્રયોગોના આધારે રજૂ કર્યું હતું :

η = a + b log i

અહીં a અને b  અચળાંકો છે. [; ઋણ સંજ્ઞા ઍનોડિક-પ્રવાહ માટે અને ધન સંજ્ઞા કૅથોડિક-પ્રવાહ માટે છે; b = 2·303 RT/α F)

આ નિયમ મુજબ સક્રિયણ અતિવોલ્ટતા વિરુદ્ધ પ્રવાહ-ઘનતાનો આલેખ અતિવોલ્ટતાના લગભગ 0.05થી 0.1 વોલ્ટ (નિરપેક્ષ મૂલ્ય) કરતાં વધારે મૂલ્ય માટે રૈખિક હોય છે. આ આલેખને ટાફેલ આલેખ (plot) કહે છે.

પ્રવાહ-ઘનતાની એક સીમામાંથી બીજી સીમામાં જતાં પ્રક્રિયાની ક્રિયાવિધિ (mechanism) બદલાય ત્યારે જુદા જુદા ઢોળાવવાળી અનેક ટાફેલ રેખા મળે છે. આ નિયમનું સૈદ્ધાંતિક ઔચિત્ય તપાસતાં તે અંદાજી ગણતરી પર આધારિત હોવાનું માલૂમ પડ્યું છે. વધુ કડક વિશ્લેષણ કરીએ તો વીજધ્રુવની આસપાસના વિદ્યુતવિભાજ્યની સંરચનાની વિચારણા પણ જરૂરી છે.

ટાફેલ આલેખ

અતિવોલ્ટતાનાં મૂલ્ય નીચાં હોય ત્યારે પ્રતિગામી (backward) વીજધ્રુવ ક્રિયાને કારણે ટાફેલનો નિયમ પળાતો નથી, કારણકે દર-નિર્ધારક તબક્કાવાળી વીજધ્રુવક્રિયા બે વિરુદ્ધ પ્રકારની એટલે કે આગળ અને પાછળ થતી ક્રિયાઓના પરિણામરૂપ ગણી શકાય. આથી પ્રક્રિયાનો ચોખ્ખો દર અને તેને અનુવર્તી પ્રાયોગિક પ્રવાહ-ઘનતા એ આગળ અને પાછળ જતી વીજધ્રુવ ક્રિયાઓના બીજગણિતીય સરવાળા બરાબર લઈ શકાય. આમાંનું દરેક પ્રવાહ-ઘનતાપદ સક્રિયણ અતિવોલ્ટતા સાથે ઘાતાંક પ્રમાણમાં બદલાય છે : અને ચોખ્ખી પ્રવાહ-ઘનતા એ અતિવોલ્ટતાનાં બે ઘાતાંકીય ફલનોના સરવાળા બરાબર થાય છે. જ્યારે સક્રિયણ અતિવોલ્ટતા (નિરપેક્ષ મૂલ્યમાં) લગભગ 0.1 વોલ્ટથી વધુ હોય ત્યારે બેમાંનું એક ઘાતાંકીય પદ નહિવત્ બની જાય છે અને ટાફેલના નિયમનું પાલન થાય છે.

વિદ્યુતવિભાજન થતું ન હોય ત્યારે પુરોગામી અને પ્રતિગામી વીજધ્રુવ-પ્રક્રિયાની પ્રવાહઘનતાનાં નિરપેક્ષ મૂલ્યો એકસરખાં પણ વિરુદ્ધ સંજ્ઞાવાળાં હોવાથી વાસ્તવિક વીજપ્રવાહ શૂન્ય હોય છે. તે સમયની આ પ્રવાહ-ઘનતાને વિનિમય-પ્રવાહ-ઘનતા i0 કહે છે. તેને સીધેસીધી માપી શકાતી નથી પરંતુ ટાફેલ-રેખાને સક્રિયણ અતિવોલ્ટતાની શૂન્ય કિંમત સુધી લંબાવવાથી i0નું મૂલ્ય જાણી શકાય છે.

જ. દા. તલાટી