बस परतें जमाइए, बिजली पैदा हो जाती है! हैमबर्गर-स्टाइल वोल्टा बैटरी और ऑक्सीकरण-अपचयन का ड्रामा
नमस्ते, मैं साइंस ट्रेनर केन कुवाको हूँ। मेरे लिए हर दिन एक नया प्रयोग है।
सिर्फ तरल पदार्थ की कुछ बूंदें गिरते ही, रुका हुआ प्रोपेलर अचानक तेजी से घूमने लगता है। यह किसी जादू जैसा लगता है, लेकिन असल में यह 18वीं सदी के अंत में इतालवी भौतिक विज्ञानी एलेसेंड्रो वोल्टा द्वारा खोजी गई बैटरी की वही तकनीक है, जिसने मानव इतिहास को पूरी तरह बदल दिया। आज, SEPUP रिसर्च ग्रुप में किए गए वोल्टा सेल के प्रयोग के माध्यम से, मैं आपको धातुओं और तरल पदार्थों के बीच होने वाले ऊर्जा के अद्भुत खेल के बारे में बताऊंगा।
दुनिया की पहली बैटरी का फिर से अनुभव: हैमबर्गर स्टाइल वोल्टा सेल
इस प्रयोग के लिए हमें किसी जटिल मशीन की जरूरत नहीं है। इसके मुख्य पात्र हैं तांबे की प्लेट (कॉपर प्लेट), जस्ते की प्लेट (जिंक प्लेट) और तरल सोखने के लिए फिल्टर पेपर। इन साधारण चीजों से बिजली बनाना बहुत आसान है। हमने इस प्रयोग के लिए नरीका कंपनी द्वारा उपलब्ध कराए गए एक्सपेरिमेंट किट का उपयोग किया है।
सबसे पहले, इस तरह से सफाई से कटी हुई धातुओं की प्लेटें तैयार करें।
इस प्रयोग का तरीका काफी मजेदार है। तांबे की प्लेट, फिल्टर पेपर और जस्ते की प्लेट को एक के ऊपर एक ऐसे रखें जैसे कि कोई हैमबर्गर हो। फिर एक पिपेट की मदद से उस पर 10 प्रतिशत तनु हाइड्रोक्लोरिक एसिड की कुछ बूंदें डालें और फिर…।https://youtu.be/Og9WMH9wJssजैसा कि आप देख सकते हैं, मोटर से जुड़ा प्रोपेलर गोल-गोल घूमने लगा!
वोल्टा सेल की एक बड़ी कमजोरी: पोलराइजेशन
प्रोपेलर तो घूमने लगा, लेकिन इस वोल्टा सेल में एक बड़ी कमी है। घूमने के कुछ समय बाद, इसकी गति धीरे-धीरे कम होने लगती है। जब हम उस समय वोल्टेज मापते हैं, तो वह लगभग 0.8V होता है। इसका कारण जानने के लिए तांबे की प्लेट को ध्यान से देखना होगा। वहां हाइड्रोजन के बुलबुले पैदा होते हैं और धीरे-धीरे पूरी प्लेट को ढंक लेते हैं। इसे पोलराइजेशन कहा जाता है। ये बुलबुले बिजली के प्रवाह में बाधा डालते हैं, जिससे बैटरी की लाइफ जल्दी खत्म हो जाती है। आजकल की आधुनिक डेनियल बैटरी में इस समस्या को दूर करने के उपाय किए गए हैं, लेकिन साधारण वोल्टा सेल में यह एक स्वाभाविक सीमा है।
तांबे की प्लेट को जलाना? एक चौंकाने वाली ट्रिक
यहीं से विज्ञान का असली मजा शुरू होता है। रुके हुए प्रोपेलर को एक छोटी सी तरकीब से फिर से जिंदा किया जा सकता है। वह तरीका है: तांबे की प्लेट को गैस बर्नर पर गर्म करना ताकि उसकी सतह पर एक ऑक्साइड की परत (Oxide Film) बन जाए।
जब हम उस काली पड़ी हुई तांबे की प्लेट का उपयोग करके फिर से प्रयोग करते हैं, तो प्रोपेलर पहले से भी ज्यादा तेजी से घूमने लगता है! इसका वोल्टेज भी बढ़कर लगभग 1.1V तक पहुंच जाता है।आप सोच रहे होंगे कि गंदी दिखने वाली प्लेट से ज्यादा पावर क्यों मिल रही है? असल में, सतह पर जमा कॉपर ऑक्साइड इलेक्ट्रॉनों को ग्रहण करने में मदद करता है।
\[\text{（Electrodo positivo）：} \text{Cu}\_2\text{O} + 2\text{H}^+ + 2\text{e}^- \rightarrow 2\text{Cu} + \text{H}\_2\text{O}\]
इस रासायनिक क्रिया के कारण हाइड्रोजन के बुलबुले कम बनते हैं और वोल्टेज बढ़ जाता है। कुछ समय बाद जब वोल्टेज फिर से कम होता है और हम प्लेट को बाहर निकालते हैं, तो वह काली परत गायब हो चुकी होती है और तांबा फिर से चमकने लगता है। आंखों के सामने होने वाला यह बदलाव इस प्रयोग को बहुत दिलचस्प बनाता है।
असफलता और सुधार से सीखा विज्ञान का इतिहास
आधुनिक बैटरी के मुकाबले वोल्टा सेल बहुत शक्तिशाली नहीं है। लेकिन यह हमें उस महान खोज का अनुभव कराता है कि अलग-अलग धातुओं के संयोजन से बिजली पैदा की जा सकती है। तांबे की प्लेट सिर्फ एक इलेक्ट्रोड नहीं है, बल्कि यह हाइड्रोजन बनाने में उत्प्रेरक (Catalyst) का काम भी करती है। जितना गहराई से आप इसे देखेंगे, यह उतना ही रोचक होता जाएगा। भले ही वोल्टा सेल थोड़ा नखरेबाज हो, लेकिन यही हमें सोचने पर मजबूर करता है कि हम इसे और बेहतर कैसे बना सकते हैं। आप भी विज्ञान के इस ऐतिहासिक सफर का हिस्सा बनें और इसे खुद अनुभव करें।https://phys-edu.net/wp/?p=49892
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