அதியமான் அகாடமி வழங்கும் இன்றைய TNPSC தினசரி குறிப்புகள் — மின்வேதியியல்: மின்னாற்பகுப்பு, பாரடே விதிகள், மின்முலாம் பூசுதல், மின்கலன்கள் மற்றும் இரும்பு அரிமானம். TNPSC குரூப் 1, 2, 2A, 4 மற்றும் VAO தேர்வுகளுக்கு அறிவியல் (வேதியியல்) பாடத்தில் அதிக மதிப்பெண் பெறத் தரும் முக்கியப் பாடம் இது.
- 🎯 15 Key Points | 15 முக்கியக் குறிப்புகள்
- 📖 Detailed Notes (English)
- 📖 விரிவான குறிப்புகள் (தமிழ்)
- ❓ 5 Practice MCQs | 5 பயிற்சி வினாக்கள்
- 💡 Memory Tips | நினைவாற்றல் உத்திகள்
- 🔗 Previous Year Questions | முன்னைய ஆண்டு வினாக்கள்
⚗ Electrochemistry — Electrolysis, Faraday’s Laws, Electroplating & Corrosion
மின்வேதியியல் — மின்னாற்பகுப்பு, பாரடே விதிகள், மின்முலாம் மற்றும் அரிமானம்
1. Conductors, Electrolytes and Ionisation
All substances that conduct electricity fall into two families. Metallic conductors such as copper, silver and aluminium carry current through a drift of free electrons; the conductor itself is chemically unchanged, and its resistance rises with temperature. Electrolytic conductors such as molten salts and aqueous acids, bases and salts carry current through the migration of ions; the electrolyte is chemically decomposed, and its resistance falls with temperature because ionisation increases. Substances that ionise almost completely in water (NaCl, HCl, H2SO4, NaOH) are strong electrolytes; those that ionise only partially (acetic acid, ammonium hydroxide) are weak electrolytes; and covalent molecular solids such as sugar, glucose, urea and benzene do not ionise at all and are non-electrolytes. A useful exam point: solid sodium chloride does not conduct, because its ions are locked in the lattice — it conducts only when molten or dissolved, when the ions become free to move.
2. The Electrolytic Cell and the Direction of Change
An electrolytic cell has two electrodes dipped in an electrolyte and connected to a source of direct current. The electrode joined to the positive terminal of the battery is the anode; the one joined to the negative terminal is the cathode. Oxidation (loss of electrons) always happens at the anode and reduction (gain of electrons) always happens at the cathode — this is true in every cell, galvanic or electrolytic, and is worth memorising as An Ox, Red Cat. What flips between the two kinds of cell is only the sign: the anode is positive in an electrolytic cell but negative in a galvanic cell. Because negative anions are attracted to the positive anode, they are discharged there; positive cations travel to the cathode and are discharged there. When acidified water is electrolysed, hydrogen collects at the cathode and oxygen at the anode in a 2:1 volume ratio, exactly matching the formula H2O.
3. Faraday’s Two Laws — the Quantitative Core
Michael Faraday, who also gave us the words ion, anode, cathode and electrolyte, reduced electrolysis to two simple laws. The first law states that the mass liberated at an electrode is directly proportional to the charge passed: m = Z I t, where I is the current in amperes, t the time in seconds, and Z the electrochemical equivalent — the mass deposited by one coulomb. The second law states that when the same charge is sent through several electrolytes in series, the masses deposited are in the ratio of their chemical equivalent weights. The bridge between the two laws is the faraday: one faraday, equal to 96,485 coulombs (taken as 96,500 C in examinations), is the charge on one mole of electrons, and it deposits precisely one gram-equivalent of any substance. So 1 F liberates 1.008 g of hydrogen, 8 g of oxygen, 108 g of silver, but only 31.75 g of copper from Cu2+ — because copper needs two electrons per atom. A standard numerical runs: a current of 9.65 A for 1000 s passes 9650 C, that is 0.1 F, and therefore deposits 10.8 g of silver.
4. Industrial Applications
Electroplating puts a thin protective or decorative film of one metal on another: the article is made the cathode, the plating metal the anode, and a soluble salt of that metal the electrolyte. Chromium plating on taps, nickel on cycle parts, zinc on buckets and silver on cutlery all follow this scheme. For silver and gold the electrolyte is a complex cyanide salt rather than the simple nitrate, because slow ionisation gives a fine, even, well-adhering coat. Electrolytic refining purifies copper to about 99.95%, with silver, gold and platinum collecting as anode mud. Electrometallurgy wins the highly reactive metals that carbon cannot reduce: sodium from fused NaCl (Down’s process), and aluminium by the Hall–Héroult process, in which alumina is dissolved in molten cryolite at roughly 950 °C and reduced at a carbon-lined cathode while the graphite anode is slowly consumed as carbon dioxide. The chlor-alkali industry electrolyses concentrated brine to produce chlorine, hydrogen and caustic soda simultaneously — the raw materials of bleaching powder, PVC, soap and water treatment. Anodising thickens the natural oxide film on aluminium electrolytically, which is why aluminium vessels resist corrosion so well.
5. Cells, Batteries and Corrosion
A galvanic cell runs the process backwards, turning spontaneous chemistry into current. The Daniell cell gives about 1.1 V; the familiar dry cell gives 1.5 V from a zinc can, a graphite rod packed with manganese dioxide, and a paste of ammonium chloride and zinc chloride — it is a primary cell and cannot be recharged. The lead-acid accumulator is a secondary cell: lead anode, lead dioxide cathode, about 35% sulphuric acid, 2 V per cell, so a 12 V car battery contains six cells in series. Lithium-ion cells (about 3.7 V) now dominate phones and electric vehicles, and fuel cells convert hydrogen and oxygen directly into electricity with water as the only product. Corrosion is the unwanted mirror image of all this: iron rusts to hydrated ferric oxide only when oxygen and moisture are both present, with one patch of the metal acting as an anode and another as a cathode. Barrier methods (paint, grease, tin, anodising) and alloying (stainless steel) help, but the most elegant answer is sacrificial protection — attaching a more reactive metal such as zinc or magnesium, which corrodes in place of the iron. This is why galvanised iron survives a scratch while tin-plated iron rusts faster at one.
1. கடத்திகள், மின்பகுளிகள் மற்றும் அயனியாக்கம்
மின்சாரத்தைக் கடத்தும் பொருள்கள் இரு வகைப்படும். செம்பு, வெள்ளி, அலுமினியம் போன்ற உலோகக் கடத்திகள் கட்டற்ற எலக்ட்ரான்களின் நகர்வால் மின்சாரத்தைக் கடத்துகின்றன; இதில் கடத்தியில் எந்த வேதிமாற்றமும் நிகழ்வதில்லை, வெப்பநிலை உயர்ந்தால் மின்தடை கூடும். ஆனால் உருகிய உப்புகள், அமிலம், காரம், உப்புக் கரைசல்கள் போன்ற மின்பகுளிக் கடத்திகள் அயனிகளின் இடப்பெயர்வால் கடத்துகின்றன; இதில் மின்பகுளி வேதியாகச் சிதைவடைகிறது, வெப்பநிலை உயர்ந்தால் அயனியாக்கம் அதிகரிப்பதால் மின்தடை குறையும். நீரில் முழுமையாக அயனியாகும் NaCl, HCl, H2SO4, NaOH ஆகியவை வலிமையான மின்பகுளிகள்; பகுதியாக மட்டுமே அயனியாகும் அசிட்டிக் அமிலம், அம்மோனியம் ஹைட்ராக்சைடு வலுவற்ற மின்பகுளிகள்; சர்க்கரை, குளுக்கோஸ், யூரியா, பென்சீன் ஆகியவை அயனியாகாததால் மின்பகுளி அல்லாதவை. திட சோடியம் குளோரைடு மின்சாரத்தைக் கடத்தாது — அதன் அயனிகள் படிகக் கூட்டில் பிணைக்கப்பட்டுள்ளன; உருகும்போதோ கரையும்போதோ மட்டுமே அயனிகள் சுதந்திரமாக நகர்வதால் கடத்துகிறது. இது தேர்வில் அடிக்கடி கேட்கப்படும் வினா.
2. மின்னாற்பகுப்புக் கலன்
மின்னாற்பகுப்புக் கலனில் மின்பகுளியில் மூழ்கிய இரு மின்வாய்கள் நேர் மின்னோட்ட மூலத்துடன் இணைக்கப்பட்டிருக்கும். பேட்டரியின் நேர்முனையுடன் இணைந்தது நேர்மின்வாய் (அனோடு), எதிர்முனையுடன் இணைந்தது எதிர்மின்வாய் (கேத்தோடு). எந்தக் கலனிலும் ஆக்சிஜனேற்றம் நேர்மின்வாயில், ஒடுக்கம் எதிர்மின்வாயில் நிகழும் — இது மாறாத விதி. மாறுவது மின்வாய்களின் குறி மட்டுமே: மின்னாற்பகுப்புக் கலனில் நேர்மின்வாய் நேர்மறை, ஆனால் கால்வானிக் மின்கலனில் நேர்மின்வாய் எதிர்மறை. எதிர் அயனிகள் நேர்மறை நேர்மின்வாயால் கவரப்பட்டு அங்கே மின்னிறக்கம் அடைகின்றன; நேர் அயனிகள் எதிர்மின்வாயை நோக்கிச் சென்று அங்கே ஒடுக்கமடைகின்றன. அமிலம் சேர்த்த நீரை மின்னாற்பகுப்பு செய்யும்போது எதிர்மின்வாயில் ஹைட்ரஜனும், நேர்மின்வாயில் ஆக்சிஜனும் 2 : 1 கனஅளவு விகிதத்தில் வெளிப்படும் — இது H2O என்ற வாய்ப்பாட்டுக்கு நேரடியான சான்று.
3. பாரடேயின் இரு விதிகள்
அயனி, அனோடு, கேத்தோடு, மின்பகுளி ஆகிய சொற்களை உருவாக்கிய மைக்கேல் பாரடே, மின்னாற்பகுப்பை இரு எளிய விதிகளாகச் சுருக்கினார். முதல் விதி: மின்வாயில் விடுபடும் பொருளின் நிறை, செலுத்தப்பட்ட மின்னூட்டத்திற்கு நேர்த்தகவில் இருக்கும் — m = Z I t. இதில் I = மின்னோட்டம் (ஆம்பியர்), t = நேரம் (வினாடி), Z = மின்வேதி சமான எண், அதாவது ஒரு கூலூம் மின்னூட்டம் படியச் செய்யும் நிறை. இரண்டாம் விதி: ஒரே அளவு மின்னூட்டம் பல மின்பகுளிகள் வழியாகத் தொடராகச் செலுத்தப்படும்போது, படியும் நிறைகள் அவற்றின் வேதிச் சமான எடைகளின் விகிதத்தில் இருக்கும். இரு விதிகளையும் இணைக்கும் பாலம் பாரடே என்ற அளவு: 1 F = 96,485 கூலூம் (தேர்வில் 96,500 C), இது ஒரு மோல் எலக்ட்ரான்களின் மின்னூட்டம், மேலும் இது எந்தப் பொருளின் ஒரு கிராம் சமானத்தையும் சரியாகப் படியச் செய்யும். எனவே 1 F ஆல் 1.008 கிராம் ஹைட்ரஜன், 8 கிராம் ஆக்சிஜன், 108 கிராம் வெள்ளி கிடைக்கும்; ஆனால் Cu2+ இல் இருந்து 31.75 கிராம் செம்பு மட்டுமே கிடைக்கும் — ஒரு செம்பு அணுவிற்கு இரண்டு எலக்ட்ரான்கள் தேவை என்பதால்.
4. தொழில்துறைப் பயன்பாடுகள்
மின்முலாம் பூசுதலில் பூசப்படும் பொருள் எதிர்மின்வாயாகவும், பூசும் உலோகம் நேர்மின்வாயாகவும், அந்த உலோகத்தின் கரையும் உப்பு மின்பகுளியாகவும் அமைக்கப்படும். குழாய்களில் குரோமியம், சைக்கிள் பொருள்களில் நிக்கல், வாளிகளில் துத்தநாகம், கரண்டிகளில் வெள்ளி — அனைத்தும் இதே கொள்கை. வெள்ளி, தங்கம் பூசுவதற்கு எளிய நைட்ரேட் அல்லாமல் சயனைடு அணைவு உப்பு பயன்படுத்தப்படுகிறது; மெதுவான அயனியாக்கம் சீரான, ஒட்டுதிறன் மிக்க படலத்தைத் தருகிறது. மின்னாற்பகுப்புத் தூய்மையாக்கல் செம்பை 99.95% தூய்மைக்குக் கொண்டுவருகிறது; வெள்ளி, தங்கம், பிளாட்டினம் அனோடு வண்டலாக அடியில் தங்குகின்றன. கரியால் ஒடுக்க முடியாத வினைத்திறன் மிக்க உலோகங்கள் மின்னாற்பகுப்பால் மட்டுமே பெறப்படுகின்றன: உருகிய NaCl இல் இருந்து சோடியம் (டவுன் முறை), மேலும் ஹால்–ஹெரால்ட் முறையில் அலுமினியம். குளோர்-அல்கலி தொழிலில் செறிவான உப்புநீரை மின்னாற்பகுப்பு செய்து குளோரின், ஹைட்ரஜன், காஸ்டிக் சோடா ஒருசேரப் பெறப்படுகின்றன — இவை சலவைத்தூள், PVC, சோப்பு, நீர்ச்சுத்திகரிப்புக்கு மூலப்பொருள்கள். அனோடைசிங் முறையில் அலுமினியத்தின் இயற்கை ஆக்சைடுப் படலம் மின்னாற்பகுப்பால் தடிமனாக்கப்படுகிறது; அதனால்தான் அலுமினியப் பாத்திரங்கள் அரிமானத்தைத் தாங்குகின்றன.
5. மின்கலன்கள், பேட்டரிகள், அரிமானம்
கால்வானிக் மின்கலன் இதற்கு நேர்மாறாக, தானாக நிகழும் வேதிவினையை மின்னாற்றலாக மாற்றுகிறது. டேனியல் கலன் சுமார் 1.1 V தருகிறது. பொதுவான உலர் கலன் 1.5 V தருகிறது — துத்தநாகக் குவளை நேர்மின்வாய், மாங்கனீசு டை ஆக்சைடு நிரப்பிய கிராஃபைட் கோல் எதிர்மின்வாய், அம்மோனியம் குளோரைடு–துத்தநாக குளோரைடு பசை மின்பகுளி; இது முதல்நிலைக் கலன், மீண்டும் நிரப்ப முடியாது. ஈய-அமிலச் சேமக் கலன் ஒரு இரண்டாம்நிலைக் கலன்: ஈயம் நேர்மின்வாய், ஈய டை ஆக்சைடு எதிர்மின்வாய், சுமார் 35% கந்தக அமிலம், ஒரு கலனுக்கு 2 V — எனவே 12 V கார் பேட்டரியில் ஆறு கலன்கள் தொடராக இணைக்கப்பட்டிருக்கும். லித்தியம்-அயன் கலன்கள் (சுமார் 3.7 V) இன்று கைபேசிகளிலும் மின் வாகனங்களிலும் ஆதிக்கம் செலுத்துகின்றன; எரிபொருள் கலன்கள் ஹைட்ரஜனையும் ஆக்சிஜனையும் நேரடியாக மின்சாரமாக மாற்றி, நீரை மட்டுமே கழிவாகத் தருகின்றன. அரிமானம் இவை அனைத்திற்கும் விரும்பப்படாத எதிர்ப்படிமம்: ஆக்சிஜனும் ஈரப்பதமும் இரண்டும் இருக்கும்போது மட்டுமே இரும்பு துருப்பிடிக்கிறது; உலோகத்தின் ஒரு பகுதி நேர்மின்வாயாகவும் மற்றொரு பகுதி எதிர்மின்வாயாகவும் செயல்படுகிறது. வண்ணம், கிரீஸ், தகரம், அனோடைசிங் போன்ற தடைமுறைகளும், துருப்பிடிக்காத எஃகு போன்ற கலப்புலோகங்களும் உதவுகின்றன; ஆனால் மிகச் சிறந்த தீர்வு தியாக அரிப்புக் காப்பு — துத்தநாகம் அல்லது மெக்னீசியம் போன்ற அதிக வினைத்திறன் உலோகத்தைப் பொருத்தினால், அது இரும்பிற்குப் பதிலாகத் தானே அரிக்கப்படும். அதனால்தான் கால்வனைஸ் செய்த இரும்பு கீறல் விழுந்தாலும் பாதுகாக்கப்படுகிறது; தகரம் பூசிய இரும்பு கீறலில் வேகமாகத் துருப்பிடிக்கிறது.
1 — (b) 96,500 C (exact value 96,485 C = charge on one mole of electrons)
2 — (c) Pure copper. The impure block is the anode and dissolves away.
3 — (b) Cryolite drops the melting point from about 2050 °C to about 950 °C and makes the melt conducting.
4 — (c) Zinc. Coating with tin is “tinning”; with chromium, “chrome plating”.
5 — (c) The Leclanché dry cell is a primary cell; the other three are secondary (rechargeable) cells.
“அன் ஆக்ஸ், ரெட் கேட்” — அனோடு = ஆக்சிஜனேற்றம்; ஒடுக்கம் = கேத்தோடு. எல்லாக் கலன்களுக்கும் பொருந்தும்.
“PANIC” — நேர்மறை அனோடு, எதிர்மறை கேத்தோடு. இது மின்னாற்பகுப்புக் கலனுக்கு மட்டுமே; மின்கலனில் தலைகீழ்.
“தொண்ணூற்றாறாயிரம் ஐந்நூறு — ஒரு கிராம் சமானம்”. 1 F = 1 மோல் எலக்ட்ரான் = எந்தப் பொருளின் 1 கிராம் சமானம். வெள்ளி 108 g ஆனால் செம்பு 31.75 g மட்டுமே — செம்புக்கு 2 எலக்ட்ரான் தேவை.
“கால்வனை-Z-ேஷன் = Z என்றால் Zinc (துத்தநாகம்)”. தகரம் = டின்னிங்; குரோமியம் = குரோம் பிளேட்டிங்.
“காற்று இல்லை + நீர் இல்லை = துரு இல்லை” — துருப்பிடிக்க ஆக்சிஜனும் ஈரப்பதமும் இரண்டும் தேவை.
துருப்பிடித்தலைத் தடுக்க இரும்பு அல்லது எஃகின் மேல் ________ பூசப்படுகிறது.
Answer: Zinc | விடை: துத்தநாகம்
ஈய-அமிலச் சேமக் கலனில் பயன்படுத்தப்படும் மின்பகுளி ________
Answer: Dilute sulphuric acid (about 35% H2SO4) | விடை: நீர்த்த கந்தக அமிலம்
உருகிய கிரையோலைட்டில் கரைத்த அலுமினாவை மின்னாற்பகுப்பு செய்து தொழில்முறையில் பெறப்படும் உலோகம் எது?
Answer: Aluminium (Hall–Héroult process) | விடை: அலுமினியம் (ஹால்–ஹெரால்ட் முறை)
தினசரி இருமொழி வகுப்புக் குறிப்புகள் | வெற்றிக்கு வழிகாட்டும் அதியமான்