التحليل الكهربائي إنها عملية غير عفوية ، أي عملية لا تحدث بشكل طبيعي ، حيث تتكون المواد عن طريق تفريغ كهربائي في مركبات مذابة أو مذابة في الماء. في هذه العملية ، يصل التيار الكهربائي إلى وعاء زجاجي (خزان إلكتروليتي) به قطبان خاملان (لا يعانيان أو أكسدة ولا تخفيض) يتكون من الجرافيت أو البلاتين. ترتبط هذه الأقطاب الكهربائية بمصدر كهربائي (عادةً ما يكون a طبول) وتغمس في ملح أو قاعدة مذابة أو مذابة في الماء. مثل البطارية، يحتوي التحليل الكهربائي على كاثود (حيث يحدث الاختزال) وأنود (حيث تحدث الأكسدة).
ملخص
التحليل الكهربائي هو عملية غير تلقائية.
يمكن تشكيل مواد بسيطة أو مركبة ؛
يمكن أن يحدث مع المذاب المنصهر (التحليل الكهربائي البركاني) ؛
يمكن أن يحدث مع مادة مذابة مذابة في الماء (التحليل الكهربائي المائي) ؛
يخضع الكاتيون دائمًا للاختزال عند الكاثود ؛
يخضع الأنيون دائمًا للأكسدة عند الأنود.
نرى أيضا:الحصول على الألمنيوم من التحليل الكهربائي
أنواع التحليل الكهربائي
إنه تحليل كهربائي يحدث عندما يتم إجراء تفريغ كهربائي على مركب أيوني منصهر. المركب الأيوني هو مركب يتكون من رابطة أيونية ، مثل a
ملح أو أ يتمركز غير عضوي. عندما نتحدث عن المركب المنصهر ، فإننا نشير بدوره إلى المركب الذي ينتقل من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة.- مثال على التحليل الكهربائي البركاني
عندما نجري اندماج كلوريد البوتاسيوم (KCl) ، يخضع هذا الملح لعملية التفكك ، وإطلاق كاتيون البوتاسيوم (K+) وأنيون يوديد (ل-).
معادلة تفكك كلوريد البوتاسيوم
عندما يصل التيار الكهربائي إلى الخلية الإلكتروليتية بهذه الأيونات ، يخضع كاتيون البوتاسيوم للاختزال ، مكونًا بوتاسيوم معدني (K) ، ويخضع أنيون اليوديد للأكسدة ، مكونًا اليود الصلب (I)2).
معادلة تكوين البوتاسيوم الصلب
معادلة تكوين اليود الصلب
هو تحليل كهربائي يحدث عندما يتم التفريغ الكهربائي على محلول مائي (به ماء) يتكون من ملح أو قاعدة غير عضوية.
- مثال على التحليل الكهربائي المائي
عندما نذوب كلوريد الصوديوم في الماء ، فإنه يتفكك ، ويتأين الماء:
معادلات تأين الماء وتفكك كلوريد الصوديوم
كاتيون الصوديوم (Na+) ينتمي إلى عائلة IA ، الكاتيون الهيدرونيوم (H+) يمر عبر التفريغ ويخضع للاختزال ، مكونًا غاز الهيدروجين (H2).
معادلة تكوين غاز الهيدروجين
كلوريد (Cl-) غير مؤكسج (لا يحتوي على أكسجين) ولا يحتوي على فلوريد (F-) ، يتم تفريغه ، مؤكسد وتشكيل غاز الكلور (Cl2).
معادلة تكوين غاز الكلور
تفريغ أيون انتقائي
أثناء عملية التحليل الكهربائي في وسط مائي (محلول يتكون من الماء ومذاب) ، سيكون لدينا دائمًا كاتيونات: الهيدرونيوم ، القادم من الماء ، وأي نوع آخر ، قادم من تفكك الملح (مثال على المذاب). سيكون لدينا أيضًا أنيونان: الهيدروكسيل الذي يأتي من الماء والآخر يأتي من الملح.
أيونات من تأين الماء وتفكك الملح
- تصريف انتقائي للكاتيونات والأنيونات
إذا كان الكاتيون من المذاب ينتمي إلى عائلة IA أو IIA أو IIIA ، فإن الهيدرونيوم (H+) سيتم تخفيض؛
إذا كان الكاتيون القادم من المذاب لا ينتمي إلى العائلات المذكورة أعلاه ، فسوف يعاني من التخفيض.
إذا كان الأنيون من المذاب يحتوي على أكسجين في تركيبته أو فلوريد (F-) ، الهيدروكسيد (OH-) سوف تخضع للأكسدة ؛
إذا كان الأنيون من المذاب لا يحتوي على الخصائص المذكورة أعلاه ، فسوف يخضع للأكسدة.
من المعروف أن الماء لديه القدرة على التأين الذاتي ، وإنتاج أيونات الهيدرونيوم (H+) وهيدروكسيد (OH-) ، ولكن هذا التأين محدود للغاية. ثبت هذه الحقيقة من خلال عدم كفاءة المياه النقية في توصيل التيار الكهربائي.
مثل التحليل الكهربائي يتضمن التفريغ الكهربائي ، لإجراء التحليل الكهربائي للماء ، من الضروري إذابة مادة مذابة ، و التي تفضل التفريغ الانتقائي للهيدرونيوم والهيدروكسيد (كما يظهر في موضوع التفريغ انتقائي).
إذا أضفنا كبريتات الصوديوم (Na2فقط4) ، على سبيل المثال ، سيكون لدينا كاتيونات الصوديوم في المنتصف (Na+) والهيدرونيوم (H+) ، وكذلك هيدروكسيد الأنيونات (OH-) والكبريتات (SO4-2). وهكذا ، عندما يصل التيار الكهربائي إلى خزان التحليل الكهربائي:
سيتم تفريغ الهيدرونيوم ، مما يقلل ، لأن الصوديوم ينتمي إلى عائلة IA ؛
معادلة تكوين غاز الهيدروجين
سوف يخضع الهيدروكسيد لتصريف مؤكسد ، لأن الكبريتات تحتوي على أكسجين في تركيبته.
معادلة تكوين غاز الأكسجين
عندما تم تصريف الأيونات (الكاتيونات والأنيون) القادمة من الماء ، نقول أن التحليل الكهربائي للماء قد حدث.
نرى أيضا: الجوانب الكمية للتحليل الكهربائي
إنتاج مواد بسيطة مثل غاز الهيدروجين (H2) ، غاز الأكسجين (O2) إلخ.؛
إنتاج المواد المركبة مثل هيدروكسيد الصوديوم (NaOH) وحمض الكبريتيك (H2فقط4) إلخ؛
طلاء جزء بمعدن معين ، مثل النحاس (النحاس) والذهب (طلاء الذهب) ؛
استخدم لإزالة معدن معين من خامك.
تمارين محلولة في التحليل الكهربائي
مثال 1 - (Vunesp) محلول مائي من CuCℓ2 يخضع للتحليل الكهربائي باستخدام أقطاب بلاتينية. البيان الصحيح هو:
أ) يحدث اختزال أيون النحاس عند الكاثود2+.
ب) تحدث أكسدة أيون النحاس عند الأنود2+.
ج) يتكون غاز الكلور عند الكاثود.
د) يذوب جزء من أنود البلاتين مكونًا Pt2+.
ه) ستكون منتجات هذا التحليل الكهربائي مختلفة إذا كان التحليل الكهربائي لـ CuCl2 كان ناريًا (اندماجًا).
أ) صحيح. عندما CuCl2 يذوب في الماء ، لدينا كاتيونات الهيدرونيوم (H+) والنحاس الثاني (Cu+2). نظرًا لأن الكاتيون النحاسي II لا ينتمي إلى عائلات IA و IIA و IIIA ، فإنه يتم تقليله.
ب) خطأ ، حيث يتأكسد أنيون الكلوريد (Cl) عند الأنود-) ، الذي لا يحتوي على أكسجين في تركيبته وليس الفلورايد (F-).
ج) خطأ ، لأن اختزال النحاس II يحدث عند القطب السالب ، لذلك يكون هناك تكوين لمعدن النحاس.
د) خطأ ، حيث أن أقطاب البلاتين أو الجرافيت في التحليل الكهربائي توصل الكهرباء فقط ، فهي لا تشارك في العملية.
هـ) خطأ ، لأن التحليل الكهربائي البركاني لكلوريد النحاس الثاني (CuCl2) سيقدم نفس المنتجات تمامًا مثل المنتج المائي ، لأن الأيونات الموجودة ستكون النحاس II (Cu+2) والكلوريد (Cl-1).
المثال 2- (UFRN) ضع في اعتبارك الأنظمة التالية:
أنا. كلوريد الصوديوم المنصهر
II. محلول مائي كلوريد الصوديوم.
ثالثا. هيدروكسيد الصوديوم المنصهر ؛
رابعا. محلول مائي هيدروكسيد الصوديوم.
تلك التي يمكن أن توفر الصوديوم ، عند تعرضها للتحليل الكهربائي ، هي:
أ) فقط الأول والثاني.
ب) فقط الأول والثالث.
ج) فقط الثاني والرابع.
د) فقط الثالث والرابع.
هـ) الأول والثاني والثالث والرابع.
الأنظمة التي تزود الصوديوم المعدني كمنتج عند الكاثود هي I و III.
I- الكاتيون الوحيد الموجود في الوسط هو كاتيون الصوديوم ، لذلك يمكن فقط تقليله مكونًا الصوديوم المعدني.
ثانيا- هذا النظام لا تقدم الصوديوم المعدني لأنه تم إذابة كلوريد الصوديوم في الماء ، لذلك ، في الوسط لدينا وجود كاتيونات الصوديوم (Na+) والهيدرونيوم (H+) - هذا هو الشخص الذي يعاني من التخفيض ، حيث أن الصوديوم ينتمي إلى عائلة IA.
ثالثًا- الكاتيون الوحيد الموجود في الوسط هو كاتيون الصوديوم (لأن المادة قد تعرضت للانصهار) ، لذلك يخضع فقط للاختزال ، مكونًا صوديوم فلزي ؛
رابعا- هذا النظام لا يوفر الصوديوم المعدني لأنه تم إذابة هيدروكسيد الصوديوم في الماء ، لذلك في الوسط لدينا وجود كاتيونات الصوديوم (Na+) والهيدرونيوم (H+) - هذا هو الشخص الذي يعاني من التخفيض ، حيث أن الصوديوم ينتمي إلى عائلة IA.
بي ديوغو لوبيز دياس