2.1 ऑक्सीकरण और अपचयन की अवधारणा

रेडॉक्स अभिक्रियाओं में दो पूरक प्रक्रियाएँ शामिल होती हैं: ऑक्सीकरण (इलेक्ट्रॉनों की हानि) और अपचयन (इलेक्ट्रॉनों का लाभ)। ये प्रक्रियाएँ हमेशा एक साथ होती हैं क्योंकि एक प्रजाति द्वारा छोड़े गए इलेक्ट्रॉनों को दूसरी प्रजाति द्वारा ग्रहण किया जाना आवश्यक होता है। परंपरागत रूप से, ऑक्सीकरण को ऑक्सीजन के योग या हाइड्रोजन के निष्कासन के रूप में समझा जाता था, जबकि अपचयन को ऑक्सीजन के योग या हाइड्रोजन के योग के रूप में वर्णित किया जाता था। आधुनिक परिभाषा इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण और ऑक्सीकरण-संख्या परिवर्तनों पर आधारित है।

2.2 ऑक्सीकरण संख्या और उसका महत्व

ऑक्सीकरण संख्या (या ऑक्सीकरण अवस्था) एक निर्दिष्ट मान है जिसका उपयोग रासायनिक अभिक्रियाओं के दौरान इलेक्ट्रॉनों की गति को ट्रैक करने के लिए किया जाता है। यह यह पहचानने में मदद करता है कि कौन सी प्रजाति ऑक्सीकृत या अपचयित है। ऑक्सीकरण संख्या में वृद्धि ऑक्सीकरण को दर्शाती है, जबकि कमी अपचयन को दर्शाती है। ऑक्सीकरण संख्या निर्धारित करने के नियम रेडॉक्स समीकरणों को संतुलित करने के लिए एक व्यवस्थित दृष्टिकोण प्रदान करते हैं।

2.3 अपचायक और ऑक्सीकरण एजेंट

वह पदार्थ जो इलेक्ट्रॉन दान करता है और ऑक्सीकरण से गुजरता है, अपचायक कहलाता है। इसके विपरीत, वह पदार्थ जो इलेक्ट्रॉन ग्रहण करता है और अपचयन से गुजरता है, ऑक्सीकरण कारक कहलाता है। दोनों कारक आवश्यक हैं क्योंकि रेडॉक्स अभिक्रियाएँ दोनों के बीच इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण के बिना नहीं हो सकतीं।

2.4 रेडॉक्स अभिक्रियाओं को संतुलित करना

रेडॉक्स अभिक्रियाओं को न केवल परमाणुओं के लिए, बल्कि आवेश के लिए भी संतुलित किया जाना चाहिए। आमतौर पर दो विधियों का उपयोग किया जाता है:

• ऑक्सीकरण संख्या विधि
• आयन-इलेक्ट्रॉन (अर्ध-प्रतिक्रिया) विधि ये विधियां सुनिश्चित करती हैं कि ऑक्सीकरण में खोए गए इलेक्ट्रॉन, अपचयन में प्राप्त इलेक्ट्रॉनों के बराबर हों।

2.5 इलेक्ट्रोड प्रक्रियाएँ

विद्युत रासायनिक कोशिकाओं में इलेक्ट्रोड प्रक्रियाएँ इलेक्ट्रोड की सतहों पर होती हैं। इलेक्ट्रोड को निम्न में वर्गीकृत किया जाता है:

• एनोड: जहां ऑक्सीकरण होता है और इलेक्ट्रॉन निकलते हैं।
• कैथोड: जहां अपचयन होता है और इलेक्ट्रॉनों का उपभोग होता है।

गैल्वेनिक (वोल्टेइक) सेल में, रासायनिक ऊर्जा विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित होती है। एनोड ऋणात्मक होता है, और इलेक्ट्रॉन एक बाहरी परिपथ के माध्यम से एनोड से कैथोड की ओर प्रवाहित होते हैं। 

• सबसे पहले यह समझें कि जब जिंक की छड़ को कॉपर सल्फेट के घोल में डुबोया जाता है, तो रेडॉक्स प्रतिक्रिया सीधे होती है: – जिंक का ऑक्सीकरण Zn²⁺ में होता है – कॉपर आयन (Cu²⁺) कॉपर धातु में कम हो जाते हैं – इस प्रत्यक्ष इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण से ऊष्मा भी मुक्त होती है।

• इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण को अप्रत्यक्ष रूप से करने के लिए, ऑक्सीकरण और अपचायक एजेंटों को अलग करके सेटअप को संशोधित करें:

• एक बीकर में तांबे की छड़ के साथ CuSO₄ घोल डालें।
• एक अन्य बीकर में जिंक रॉड के साथ ZnSO₄ विलयन रखें।

• प्रत्येक बीकर में किसी प्रजाति के ऑक्सीकृत और अपचयित दोनों रूप मौजूद होते हैं।
• ये संयोजन रेडॉक्स युग्म बनाते हैं, जिन्हें इस प्रकार दर्शाया जाता है: Zn²⁺/Zn और Cu²⁺/Cu

• रेडॉक्स युग्म को पहले ऑक्सीकृत रूप में लिखा जाता है, तथा अपचयित रूप से पृथक एक ऊर्ध्वाधर रेखा/स्लैश द्वारा अलग किया जाता है, जो इंटरफेस (ठोस/विलयन) को दर्शाता है।
• दोनों बीकरों को नमक सेतु (जैसे, अगर-अगर जेल में KCl या NH₄NO₃) का उपयोग करके जोड़ें।

• लवण सेतु, विलयनों को मिलाए बिना विद्युतीय तटस्थता बनाए रखने के लिए आयनिक गति की अनुमति देता है।
• एक एमीटर और स्विच से सुसज्जित धातु के तार का उपयोग करके जस्ता और तांबे की छड़ों को जोड़ें।

• इस सम्पूर्ण सेटअप को डेनियल सेल के नाम से जाना जाता है।
• जब स्विच बंद होता है, तो कोई प्रतिक्रिया या धारा प्रवाह नहीं होता है।
• जब स्विच चालू हो, तो निम्नलिखित बातों पर ध्यान दिया जाना चाहिए:

• इलेक्ट्रॉन बाहरी तार के माध्यम से जस्ता छड़ से तांबे की छड़ की ओर प्रवाहित होते हैं।
• आयन लवण पुल के माध्यम से प्रवास करते हैं, जिससे विलयनों के बीच विद्युत का प्रवाह संभव हो जाता है।

• धातु की छड़ों के बीच उत्पन्न विभवांतर को प्रत्येक इलेक्ट्रोड का इलेक्ट्रोड विभव कहा जाता है।
• जब सभी प्रतिक्रियाशील प्रजातियां इकाई सांद्रता पर, गैसें 1 एटीएम पर, और तापमान 298 K पर होती हैं, तो इलेक्ट्रोड क्षमता को मानक इलेक्ट्रोड क्षमता (E°) कहा जाता है।

• परंपरा के अनुसार, E°(H⁺/H₂) = 0.00 V.

• E° का चिन्ह रेडॉक्स युग्म की प्रकृति निर्धारित करने में मदद करता है:
• ऋणात्मक E° → H⁺/H₂ से अधिक प्रबल अपचायक।
• धनात्मक E° → H⁺/H₂ की तुलना में कमजोर अपचायक।

• मानक इलेक्ट्रोड विभव रेडॉक्स अभिक्रियाओं की भविष्यवाणी और विश्लेषण के लिए बहुमूल्य जानकारी प्रदान करते हैं।            

2.6 नमक पुल और उसका कार्य

एक लवण सेतु विद्युत-रासायनिक सेल की दो अर्ध-कोशिकाओं को जोड़ता है, जिससे विद्युत तटस्थता बनी रहती है। यह विलयनों के बीच आयनों (इलेक्ट्रॉनों को नहीं) को गति करने देता है, जिससे आवेश का निर्माण रुक जाता है जो अन्यथा अभिक्रिया को रोक देता।

2.7 रेडॉक्स और इलेक्ट्रोड प्रक्रियाओं के अनुप्रयोग

रेडॉक्स अभिक्रियाएँ धातुकर्म, संक्षारण नियंत्रण, ऊर्जा भंडारण (बैटरी), ईंधन कोशिकाओं और जैविक प्रणालियों जैसे विविध क्षेत्रों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं। इलेक्ट्रोड प्रक्रियाएँ विद्युत-लेपन, धातुओं के शुद्धिकरण और यौगिकों के विद्युत-अपघटन जैसी तकनीकों का आधार बनती हैं।