تجربة التحلل الكهربائي لكلوريد القصدير electrolysis of tin chloride

electrolysis of tin chloride experiment

تجربة التحلل الكهربائي لكلوريد القصدير

 

الكواشف

كلوريد القصدير (II)

Tin(II) chloride

 

اجرائات السلامة

1. ارتداء القفازات والنظارات الواقية.
2. قم بإجراء التجربة على قطع بلاستيكيه.
3. اتبع دائمًا احتياطات السلامة المناسبة عند التعامل مع البطاريات.
4. لا تلمس المواد الكيميائية ومنع تلامسها مع العين أو الفم.
5. أبقِ الأطفال الصغار والحيوانات والأشخاص الذين لا يرتدون نظارات حماية العين بعيدًا عن المنطقة التجريبية.
6. قم بتخزين هذه المجموعة التجريبية بعيدًا عن متناول الأطفال دون سن 12 عامًا.
7. تنظيف جميع المعدات بعد الاستخدام.
8. تأكد من إغلاق جميع الحاويات بالكامل وتخزينها بشكل صحيح بعد الاستخدام.
9. تأكد من التخلص من جميع الحاويات الفارغة بشكل صحيح.
10. لا تستخدم أي معدات لم يتم تزويدها بالمجموعة أو الموصى بها في تعليمات الاستخدام.
11. لا تستبدل المواد الغذائية في الحاوية الأصلية. تخلص من على الفور.
12. في حالة ملامسة العين: اغسل العين بالكثير من الماء ، مع إبقاء العين مفتوحة إذا لزم الأمر. اطلب المشورة الطبية الفورية.
13. في حالة الاستنشاق: ينقل الشخص إلى الهواء النقي.
14. في حالة ملامسة الجلد والحروق: اغسل المنطقة المصابة بالكثير من الماء لمدة 10 دقائق على الأقل.
15. في حالة الإصابة ، اطلب المشورة الطبية دائمًا.
16. يمكن أن يتسبب الاستخدام غير الصحيح للمواد الكيميائية في حدوث إصابات وإضرار بالصحة. قم فقط بالتجارب المذكورة في التعليمات.
17. هذه المجموعة التجريبية للاستخدام فقط لمن هم فوق 12 سنة.
18. يجب أن يناقش الراشد المشرف التحذيرات ومعلومات السلامة قبل بدء التجارب. ينبغي إيلاء اهتمام خاص للتعامل الآمن مع الأحماض والقلويات والسوائل القابلة للاشتعال.
19. يجب أن تبقى المنطقة المحيطة بالتجربة خالية من أي عوائق وبعيدًا عن تخزين الطعام. يجب أن تكون مضاءة جيدًا وجيدة التهوية وقريبة من مصدر المياه. يجب توفير طاولة صلبة ذات سطح مقاوم للحرارة
20. يجب استخدام المواد في العبوة غير القابلة لإعادة الإغلاق (تمامًا) خلال تجربة واحدة ، أي بعد فتح العبوة.

 

 

 

خطوات العمل

1. أولاً ، قم بإعداد محلول كلوريد القصدير  SnCl₂
2. ضع الأقطاب الكهربائية في المحلول.
3. قم بتوصيل الأقطاب الكهربائية بمصدر التيار الكهربائي - البطاريات.
4. تتحول أيونات القصدير Sn²⁺ بالقرب من القطب السالب (القطب الأسود) إلى قصدير معدني Sn0. سيشكل القصدير تدريجياً بلورات طويلة على شكل التغصنات في جميع أنحاء المحلول.

 

 

النتيجة المتوقعة

تنمو التغصنات الرائعة من محلول الملح عديم اللون.

 

الوصف العلمي

البطاريات هي في الأساس مضخات إلكترونية: تمتص الإلكترونات على شكل "+" وتضخها على شكل "-". عندما يتم توصيل هذه المضخة بمحلول عبر "خراطيم كهربائية" (أي أسلاك) ، يمكن أن تحدث مجموعة متنوعة من التفاعلات الكيميائية: بواسطة القطب "-" تلتقط بعض الجسيمات الإلكترونات التي تتدفق ، وبواسطة "+ "قطب بعض الجسيمات إلكتروناتها بعيدا.

 

 

في تجربتنا ، ستتقبل أيونات القصدير Sn²⁺  (أي ذرات القصدير مع فقد إلكترونين) بعض الإلكترونات في السلك "-" وستتحول إلى قصدير معدني. وفي غضون ذلك ، فإن القطب "+" نفسه ، المصنوع من الحديد ، سيعطي بعض إلكتروناته إلى سلك "+" ، تاركًا بعض أيونات الحديد تطفو حولها. هذا هو السبب في أن السلك سيذوب في النهاية إذا لم تقم بفصله.

 

اسئلة شائعة

لماذا تنمو التغصنات؟

من خلال ربط ماسكات السلك بحواف الطبق ، نقوم بتوصيل محلول كلوريد القصدير (II) (SnCl₂) بالبطاريات. بمجرد توصيل التيار ، يبدأ التيار الكهربائي في التدفق من خلال المحلول. بالقرب من أحد المشابك ، يحدث تفاعل اختزال القصدير:

Sn²⁺_(solution) + 2e^-→ Sn_(solid)

 

القصدير هو معدن يترسب (يشكل مادة صلبة). تنمو تغصنات القصدير في الاتجاه الذي يتدفق فيه التيار الكهربائي عبر المحلول ؛ من مشبك واحد نحو الآخر.

 

المزيد من التفاصيل:

مشابك الأسلاك هي موصلات كهربائية ، تعرف باسم الأقطاب الكهربائية. تتوفر مجموعة متنوعة من أنواع الأقطاب. من المهم التعرف على الأنواع المختلفة التي تم اختراعها وفهم النوع الذي نستخدمه في تجربتنا. قد تكون الأقطاب الكهربائية مصنوعة من معدن أو الجرافيت أو مادة البوليمر. يشارك بعضها في التفاعلات الكيميائية التي تحدث في المحلول (تسمى الأقطاب الكهربائية المستهلكة) ، والبعض الآخر خامل كيميائيًا (أقطاب غير مستهلكة). الأقطاب الكهربائية في تجربتنا هي أقطاب معدنية خاملة (غير مستهلكة).

 

يتكون القصدير على أحد المشابك كالتشعب الذي ينمو مباشرة نحو المشبك الآخر. لماذا لا يظهر التغصن كنوع من "القصدير" بالقرب من المشبك الأول؟ الجواب هو أنه بمجرد نمو القليل من التغصنات على الصفيح الكهربائي ، فإنه يمكن أيضًا توصيل الكهرباء. وبالتالي ، يعمل كجزء من القطب المغمور في المحلول وبالتالي ينمو كل فرع جديد من التغصنات بشكل أكبر في المحلول.

 

من المهم أن نفهم أن التشعبات المصنوعة من حلول معدنية مختلفة تنمو بطرق متنوعة لأن كل معدن يشكل بلورات فريدة ذات خصائص فريدة. يحتوي القصدير على بنية بلورية خاصة للغاية ويشكل بلورات طويلة ورقيقة ، ولكنها قوية بما فيه الكفاية.

 

 

ما هو التحليل الكهربائي؟

التحليل الكهربائي electrolysis هو عملية يتم من خلالها توليد التفاعلات الكيميائية بواسطة تيار كهربائي. يحدث التحليل الكهربائي عندما يتدفق التيار من خلال محلول (أو اندماج) مواد معينة ، تعرف باسم الشوارد. الشوارد هي المواد التي يمكن أن تنقسم بسهولة إلى أيونات في المحلول. على سبيل المثال ، يشكل كلوريد الأمونيا (NH₄Cl) أيونين في محلول مائي:

 NH₄Cl → NH₄⁺ + Cl^-

 

 يزودنا التحليل الكهربائي بطريقة لتشكيل مواد جديدة ، تتطور من المواد المقدمة في المحلول تحت تأثير التيار الكهربائي. على سبيل المثال ، يترسب النحاس المعدني (Cu) من محلول كبريتات الكوبر (CuSO₄). يمكن أيضًا تشكيل هذه المنتجات عن طريق تفاعلات القطب الثانوية ، على سبيل المثال ، أكسدة كلوريد القصدير (II) (SnCl₂) إلى القصدير (IV) (Sn⁴⁺) الذي يعطي الأكسجين (O₂) ، والذي يتطور كغاز من الماء أثناء التحليل الكهربائي.

 

 

المزيد من التفاصيل:

ما هو التيار الكهربائي؟ electric current وهو تدفق الجسيمات المشحونة. هذه الجسيمات هي إلكترونات (تيار إلكتروني) أو أيونات (تيار أيوني).

 

عندما يتدفق التيار الكهربائي عبر الأسلاك ، فإنه يضع شحنة سالبة على أحد الأقطاب الكهربائية (المشابك) وشحنة موجبة على الأخرى. هذا يجعل الأيونات في الحل تتحرك بين المشابك. يسمى القطب الموجب الشحنة القطب الموجب وتتحرك الجسيمات المشحونة سلبًا (الأنيونات) نحو هذا المقطع. يسمى القطب السالب الشحنة بالكاثود وتتحرك الجسيمات الموجبة (الكتيونات) باتجاه هذا القطب. هذه هي الطريقة التي يتشكل بها التيار الأيوني في المحلول.

 

في تجربتنا ، ترسب القصدير على الكاثود وينمو إلى تغصنات جميلة:

 

Cathode^-: 2Sn²⁺_(solution) + 4e^-→ 2Sn_(solid)

 

تحدث المزيد من التفاعلات عند الأنود. العملية الرئيسية هي تكوين الأكسجين (O₂):

 

Anode⁺: 2H₂O – 4e^- → O₂ + 4H⁺

 

 في الوقت نفسه ، يحدث تفاعل ثانوي بين الأكسجين المتطور وكلوريد القصدير  (SnCl₂)

 

2SnCl₂ + O₂ + 2H₂O → 2SnO₂ + 4HCl

 

يجب أن تلاحظ أن الأكسجين ، الذي يتفاعل مع القصدير ، ليس في الواقع جزيء O₂. إنه أشبه بالأكسجين الذري - وهو جسيم شديد التفاعل يشارك في هذا التفاعل. يؤكسد القصدير (II) (Sn²⁺) إلى القصدير (IV) (Sn⁴⁺). راسب أبيض من أشكال أكسيد القصدير (IV) .(SnO2)

 

 

 

المصادر

• Fabbri, Emiliana; Schmidt, Thomas J. (5 October 2018). "Oxygen Evolution Reaction—The Enigma in Water Electrolysis". ACS Catalysis. 8 (10): 9765–9774. doi:10.1021/acscatal.8b02712.
•  Ashworth, William PhD (20 March 2015). "Martinus van Marum - Scientist of the Day". Linda Hall Library.
•  Ihde, Aaron J. (1964). The Development of Modern Chemistry. Harper & Row. pp. 125–127.
•  "The History of Electrochemistry: From Volta to Edison". ECS. Retrieved 11 October 2019.
•  THORPE, Thomas (1896). Humphry Davy POET AND PHILOSOPHER. New York: MACMILLAN & CO., Limited.
• "Tin (inorganic compounds, as Sn)". Immediately Dangerous to Life and Health Concentrations (IDLH). National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH).
•  J. M. Leger; J. Haines; A. Atouf (1996). "The high pressure behaviour of the cotunnite and post-cotunnite phases of PbCl2 and SnCl2". J. Phys. Chem. Solids. 57 (1): 7–16. Bibcode:1996JPCS...57....7L. doi:10.1016/0022-3697(95)00060-7.
•  H. Nechamkin (1968). The Chemistry of the Elements. New York: McGraw-Hill.
•  B. Cetinkaya, I. Gumrukcu, M. F. Lappert, J. L. Atwood, R. D. Rogers and M. J. Zaworotko (1980). "Bivalent germanium, tin, and lead 2,6-di-tert-butylphenoxides and the crystal and molecular structures of M(OC6H2Me-4-But2-2,6)2 (M = Ge or Sn)". J. Am. Chem. Soc. 102 (6): 2088–2089. doi:10.1021/ja00526a054.
•  W. L. F. Armarego; C. L. L. Chai (2009). Purification of laboratory chemicals (6 ed.). The United States of America: Butterworth-Heinemann.
•  Williams, J. W. (1955). "β-Naphthaldehyde". Organic Syntheses.; Collective Volume, 3, p. 626

 

اعداد

علي ثاير النعيمي

Instagram

Facebook