ફૅરડેના વિદ્યુતવિભાજનના નિયમો : વિદ્યુતવિભાજન દરમિયાન થતી રાસાયણિક પ્રક્રિયાની માત્રા સમજાવતાં માઇકલ ફૅરડે દ્વારા રજૂ થયેલા બે નિયમો. આ નિયમો નીચે પ્રમાણે છે :
(i) વિદ્યુતવિભાજન દરમિયાન થતી રાસાયણિક પ્રક્રિયાની માત્રા (amount) પસાર કરવામાં આવેલા વિદ્યુતજથ્થાના અનુપાતમાં હોય છે (m ∝ Q).
(ii) પદાર્થના m જેટલા દળને છૂટું પાડવા અથવા નિક્ષેપિત કરવા માટે જોઈતા વીજભારનો જથ્થો Q એ Fmz/M જેટલો હોય છે જ્યાં F એ ફૅરડે અચળાંક, z આયન ઉપરનો વીજભાર (સંયોજકતા) અને M તેનું સાપેક્ષ આયનિક દળ છે.
વિદ્યુતવિભાજ્યો એવા પદાર્થો છે કે જેમના જલીય દ્રાવણમાંથી વીજપ્રવાહ પસાર થઈ શકે છે. આવા દ્રાવણમાંથી એકદિશ વીજપ્રવાહ (direct current) પસાર કરવામાં આવે ત્યારે ધનાયનો ઋણધ્રુવ (કૅથોડ) તરફ અને ઋણાયનો ધનધ્રુવ (ઍનોડ) તરફ આકર્ષાય છે અને ઇલેક્ટ્રૉનની આપ-લે દ્વારા વીજરાસાયણિક પ્રક્રિયા અનુભવે છે. આ વિદ્યુતવિભાજન જલીય દ્રાવણોમાં જ નહિ, પરંતુ પીગળેલા ક્ષારોમાં તેમજ અજલીય દ્રાવણોમાં પણ શક્ય બને છે. વિદ્યુતવિભાજનને લીધે વીજધ્રુવ ઉપર શું નીપજ મળશે તેનો આધાર વિદ્યુતવિભાજ્યના રાસાયણિક બંધારણ, તેની સાંદ્રતા, દ્રાવક અને કૅથોડ તથા ઍનોડના પ્રકાર ઉપર રહે છે.
ફૅરડેના નિયમો મૂળ આ સ્વરૂપે હતા : (i) રાસાયણિક પ્રક્રિયાની માત્રા એ પસાર કરવામાં આવેલા વિદ્યુતજથ્થાના અનુપાતમાં હોય છે. m ∝ Q. (ii) ભિન્ન ભિન્ન પદાર્થોમાં વિદ્યુતના નિયત (fixed) જથ્થા વડે થતો રાસાયણિક ફેરફાર એ પદાર્થના વીજરાસાયણિક તુલ્યભાર (electro chemical weight)ના અનુપાતમાં હોય છે.
વિદ્યુતજથ્થો કુલંબમાં મપાય છે. તે વીજપ્રવાહના ઍમ્પિયરમાંના મૂલ્ય અને તે જેટલા સમય (સેકન્ડ) માટે પસાર કરવામાં આવ્યો હોય તેના ગુણાકાર બરાબર હોય છે.
ઍમ્પિયર x સેકન્ડ = કુલંબ
આ જથ્થાને 96485 (~96500) વડે ભાગવાથી વિદ્યુતજથ્થાનું મૂલ્ય ફૅરડે(F)માં મળે છે. ફૅરડે એ ઇલેક્ટ્રૉનના એક મોલનો વિદ્યુતજથ્થો છે. આથી દ્રાવણમાં એક ફૅરડે પસાર કરવાથી પદાર્થનો એક તુલ્યભાર છૂટો પડે; દા.ત., સિલ્વર આયનો(Ag+)ના દ્રાવણમાં 1 ફૅરડે પસાર કરવામાં આવે તો 108 ગ્રા. સિલ્વર કૅથોડ પર નિક્ષેપિત થશે.
બીજા નિયમ પરથી એમ ફલિત થાય છે કે જો એક ફૅરડે જેટલો જથ્થો સિલ્વર(Ag+)ના, કૉપર(Cu2+)ના, અને ઍલ્યુમિનિયમ(Al3+)ના આયનો ધરાવતાં દ્રાવણોમાંથી પસાર કરવામાં આવે તો અનુક્રમે 108 ગ્રા. સિલ્વર, ½ (63.5) = 31.75 ગ્રા. કૉપર અને 1/3 (27) = 9 ગ્રા. ઍલ્યુમિનિયમ ધાતુ મળે. આ વજનો એ જે તે ધાતુના તુલ્યભાર છે. મોલ સંકલ્પનાના સંદર્ભમાં આવી પ્રક્રિયા નીચે પ્રમાણે દર્શાવી શકાય :
Ag+(aq) + e– = Ag(s)
(1 મોલ) (1 મોલ) (1 મોલ)
Cu2+ + 2e– = Cu
(1 મોલ) (2 મોલ) (1 મોલ)
વિદ્યુતવિભાજ્યમાંથી 1 ફૅરડે જેટલો વિદ્યુતજથ્થો પસાર કરવામાં આવે તો વીજધ્રુવ પર મળતી નીપજોનો જથ્થો 1 મોલ જેટલો થશે. નીચેની સારણીમાં કેટલીક પ્રક્રિયાઓ દર્શાવી છે :
| વીજધ્રુવ-પ્રક્રિયા | ઇલેક્ટ્રૉનની મોલ સંખ્યા | વિદ્યુતજથ્થો ફૅરડે(F)માં | નીપજના મોલ n |
એક ફૅરડેથી મળતી નીપજ n/F |
| Ag+(aq) + e = Ag(s) | 1 | 1 | 1 | 1 |
| Cu2+(aq) + 2e = Cu(s) | 2 | 2 | 1 | 1/2 |
| Al3+ + 3e = Al(s) | 3 | 3 | 1 | 1/3 |
| 2Cl–(aq) = Cl2(g) + 2e | 2 | 2 | 1 | 1/2 |
ફૅરડેના નિયમો દ્વારા કોઈ પણ ધાતુના શુદ્ધીકરણ માટે, અથવા કૅથોડ પર અપચયન દ્વારા કે ઍનોડ પર ઉપચયન દ્વારા મેળવવામાં આવતા ચોક્કસ જથ્થા માટે કેટલો વિદ્યુતજથ્થો અથવા કેટલો વીજપ્રવાહ કેટલા સમય માટે પસાર કરવો પડશે તે જાણી શકાય છે. નીપજ મળવાની સૈદ્ધાંતિક ગણતરી અને પ્રાયોગિક મૂલ્યનો ગુણોત્તર શોધવાથી વિદ્યુતવિભાજન કોષની કાર્યક્ષમતા ગણી શકાય છે. તે હંમેશાં 100 % મેળવવી અઘરી છે, કારણ કે વિદ્યુતવિભાજન દરમિયાન કેટલોક વિદ્યુતજથ્થો ગરમી સ્વરૂપમાં ફેરવાઈ જવાથી નીપજ ઓછી મળે છે. આ ઉપરાંત વિદ્યુતવિભાજનના દ્રાવણમાં અશુદ્ધિ હોય તોપણ ક્ષમતા 100 %થી ઓછી મળે છે.
ઈન્દ્રવદન મનુભાઈ ભટ્ટ