التحليل الكهربائي
يمكن
تعريفه: هو التحرك لكل من الانيونات والكاتيونات تجاه الأقطاب الباحثة مع مصاحبة
شحنات كيميائية في محلول الكتروليتي تحت تأثير مجال كهربائي مناسب يسمى بالتوصيل الإلكتروليتي
أو التحليل الكهربائي.
Electrolytic conductance or electrolysis
أمثلة
على التحليل الكهربائي
أ- التحليل
الكهربائي لمنصهر كلوريد الصوديوم
Electrolysis of
Molten NaCl /NaCl Sodium chericle.
المحلول
الإلكتروليتي يحتوي على أيونات )+Cl-
,Na) متحررة،
ويمكن ان تنتقل، ان عملية الاختزال تحدث عند القطب الأيمن (الكاثود) وأثناء عملية
التحليل الكهربائي يختزل + Na إلى فلز Na أي يحدث تفاعل نصفي عند الكاثود (القطب الباحث
عن الكاتيونات) ليكتسب الكترون واحد ويكون ذرة واحدة متعادلة كما في المعادلة:
At cathode Na+ + e- → Na (reduction reaction)
أما
عند الأنود القطب الباحث عن الانيونات تحدث عملية الأكسدة وتكّون ذرة كلور متعادلة
أي ان ايون الكلورايد يحرر Cl- ويتحد ذراتان كلور لتكوين
جزيئي ثنائي الذرة Cl2 ويتحرر على هيئة غاز الكلور
وهذه العملية تسمى بالأكسدة Oxidation الخاص بالأنود
2Cl- →Cl2 (gas) + 2e- Oxidation reaction
ونلاحظ هنا في التفاعلين
استخدام طاقة كهربائية لكي تحول كل من )+Cl- ,Na) عند
الأقطاب الكاثود والانود على التوالي Na و Cl2 وبجمع
المعادلتين يجب ان يؤخذ في الاعتبار كتابة كلمة تحليل كهربائي لكي نعلم ان مثل هذا
التفاعل قد استخدم فيه تيار كهربائي.
2- التحليل الكهربائي لمنصهر كلوريد الصوديوم
المائي
Electrolysis
of molten Sodium chloride (aqueous)
في هذه الحالة فإننا نلاحظ
خروج غاز الهيدروجين عند الكاثود وخروج غاز الكلور عند الأنود، كيف يمكن تفسير هذه
الظاهرة؟
نعلم ان الماء سيتفكك بنسبة
ضئيلة جداً (kw=1x10-14) وعلى العموم فإن المحلول يحتوي على ايونات كل من H+,OH- الناتجة عن تفكك الماء، فأما ان تتأكسد إلى H+,O2 عن طريق إزاحة الكترونات ويحدث اختزال فتعطي
OH,H2 عن طريق إضافة الكترونات وهذه
التفاعلات التي يمكن ان تحدث
وعلى العموم فإن مثل هذه التفاعلات الثلاثة ليس من السهل التنبؤ بها وعموماً فإن غاز الهيدروجين H2 وليس الصوديوم Na الفلزي يتكون أثناء التحليل الكهربائي لمحلول كلوريد الصوديوم المائي، وفي هذا المحلول لا يكون تركيز (H+) كبيراً لكي يكفي لجعل المعادلة رقم (3) مؤكدة كتغير نهائي ، لذا فإن التحليل الكهربائي لمحلول كلوريد الصوديوم المائي فإن المعادلة رقم (2) هو الذي يحدث دائماً عند الكاثود وفي اثناء عملية التحليل الكهربائي فإن (OH) المتكون يبتعد عن الكاثود ليصل إلى الانود وتتحرك ايونات الصوديوم داخل الخلية لكي تبقي على التعادل الكهربائي وعند الانود يكونان هذان التفاعلان ممكنين وهما.
ملاحظة
ان الايون الموجب الحامل
للتيار الكهربائي اختزال اصعب مما لايون Hفي الماء ان انتقال ايونات Na+ تؤدي إلى تكوين NaOH
2H2O + e → H2 (g) + 2OH-
أي ان صعوبة اختزال الايون الموجب يؤدي الى تفكك الماء على القطب السالب وبذلك يأخذ الالكترونات ويتكون OH-,H2 بالنسبة
لتصاعد غاز الكلور في المعادلة (3) هو الحادث وكلما نقص ايون الكلوريد حول الانود فإن Cl- سوف يهاجر داخل المنطقة، (Na+) يتحرك إلى الخارج، ومجمل التفاعلات التي تحدث لمحلول كلوريد
الصوديوم هي
وكما مبين من التفاعل الكلي
فإنه اثناء التحليل الكهربائي يتكون جزيء الهيدروجين وجزيء الكلور، هنا يقل تركيز
ايون الهيدروجين H+ ويزداد تركيز أيون الهيدروكسيل OH-
الذي بدوره يتفاعل مع أيونات Na+ الموجودة
في المحلول لتكوين هيدروكسيد الصوديوم (راسب هلامي أبيض) على الكاثود.
س: عند تحضير غاز الكلور
بطريقة التحليل الكهربائي نلاحظ تكون هيدروكسيد الصوديوم كمنتج ثانوي داخل الخلية.
ملاحظة
ان صعوبة اختزال الأيون الموجب
(Na+) على الكاثود يؤدي إلى تفكك الماء على القطب السالب وبذلك يأخذ
الالكترونات (اختزال) ويكوّن H2 و
OH- والذي بدوره سيتحد مع
الأيون الموجب (Na+) مكوناً راسب أبيض هلامي عند الكاثود.
التحليل الكهربائي لمحلول كبريتات الصوديوم:
Electrolysis of aqueous sodium sulphate. Na2
So4
إن نواتج التحليل الكهربائي
لكبريتات الصوديوم هو تحرر غاز H2↑ عند
الكاثود وتحرر غاز الأوكسجين O2↑ عند
الانود.
سؤال؟ يلاحظ عدم تغير تركيز كبيريتات
الصوديوم؟
حيث الالكتروليت (Na2 So4) لم يدخل في التفاعل مع أقطاب البلاتين الخامل وكان دوره فقط في نقل
الإلكترونات (كان وسط ناقل للإلكترونات فقط).
المصادر
- أساسيات الكيمياء الفيزيائية، أد. عبد العليم سليمان. أ. د. فاطمة حافظ كمال.
- الكيمياء الفيزيائية.د.مسلم عبد محمد (موجود في مجانية التعليم).
- الكيمياء الكهربائية. أدمون ميخائيل حنا.
- الحركيات والكيمياء الكهربائية. د. عبد المجيد محمد الدباغ.
- Harris, William;
Levey, Judith, eds. (1975). The New Columbia Encyclopedia (4th ed.). New York City:
Columbia University. p. 155. ISBN 978-0-231035-729.
Comments
Post a Comment