التحليل الكهربائي للماء: ما هو ، على سبيل المثال ، التطبيقات

يتكون التحليل الكهربائي للماء من تحلل هذه المادة بواسطة تيار كهربائي وإضافة إلكتروليت. دعونا نفهم بشكل أفضل كيف يحدث هذا؟

اقرأ أيضا: ما هو التحليل الكهربائي؟

كيف يحدث التحليل الكهربائي للماء؟

جزيئات الماء قادرة على التأين الذاتي ، وتولد H أيونات⁺ (أو H.₃ا⁺) وأوه^-:

ح₂يا ح⁺ + أوه^-

أو
ساعاتين₂يا ح₃ا⁺ + أوه^-

ومع ذلك، الماء منحل بالكهرباء ضعيف جدا وعلى الرغم من وجود هذه الأيونات ، فإنه لا يمكنه إجراء العملية التيار الكهربائي. وبالتالي ، لإجراء التحليل الكهربائي ، أي تحللها بواسطة تيار كهربائي ، من الضروري إضافة إلكتروليت ، مذاب أيوني يمكن أن يكون ملحًا أو قاعدة أو حمضًا.

يتضمن التحليل الكهربائي للماء مرور تيار كهربائي.

ترتيب الأولوية في التفريغ الانتقائي

ومع ذلك ، كما هو موضح في النص التحليل الكهربائي المائي، في هذه الحالة ، لن يكون لدينا فقط الأيونات القادمة من الماء ، ولكن أيضًا من المادة المذابة فيه. في التحليل الكهربائي ، يتم تفريغ كاتيون واحد وأنيون واحد فقط في القطب ، أي أنه التفريغ الانتقائي بعد ترتيب الأولوية.

وبالتالي ، من أجل أن يكون الكاثود والأنود الذي سيتم تفريغه ليكونا المياه ، وليس تلك الموجودة في المادة المذابة ، فمن الضروري اختيار

حامض، قاعدة أو ملح يكون تفريغ أيوناته من الأقطاب الكهربائية أقل سهولة من الأيونات الموجودة في الماء. للقيام بذلك ، نحتاج إلى الرجوع إلى قائمة انتظار الأولوية الموضحة أدناه:

الترتيب التنازلي لتفريغ الأيونات يسهل في التحليل الكهربائي المائي

لاحظ أن الكاتيونات المدرجة أسفل H⁺ أقل سهولة في التفريغ منه. في الجدول الموجود على اليمين ، نرى أن الأنيونات أسفل OH^- لديها سهولة أقل في التفريغ. لذلك ، يمكننا أن نختار ، على سبيل المثال ، ملحًا أو قاعدة أو حمضًا يشكل أيونات الصوديوم.⁺،ك⁺، في ال₃^-، فقط₄^2- وهكذا ، بالإضافة إلى تكوين نفس أيونات الماء ، أي H⁺ وأوه^-. بعض الأمثلة هي: حامض الكبريتيك (ح₂فقط₄) وهيدروكسيد الصوديوم (NaOH) ونترات البوتاسيوم (KNO₃).

مثال على التفاعلات التي حدثت في التحليل الكهربائي للماء

لنفترض أنه يتم إجراء التحليل الكهربائي للماء بإضافة حامض الكبريتيك. في هذه الحالة ، سيكون لدينا تكوين الأيونات التالية في المنتصف:

• تفكك الحمض: 1 ح₂فقط₄ → 2 ح⁺ + 1 SO₄^2-

• التأين الذاتي للمياه: H₂O → H.⁺ + أوه^- أو ساعتين₂O → H.₃ا⁺ + أوه^-

لاحظ أن الكاتيون الوحيد الموجود هو H.⁺، لذلك هو الذي سوف يعاني من الاختزال (مكاسب الإلكترونات) على القطب السالب (الكاثود) وسوف ينتج غاز الهيدروجينا (ح₂).

الآن ، بالحديث عن الأنيونات ، هناك نوعان من الأنيونات في المنتصف ، وهما نظام التشغيل₄^2- وأوه^-. كما يوضح الجدول أعلاه ، فإن نظام التشغيل₄^2- إنه أكثر تفاعلية وأقل سهولة في التفريغ. وهكذا ، فإن OH^- سيتم تفريغه ، مؤكسد (فقد الإلكترونات) في القطب الموجب (الأنود) وسينتج الغاز الأكسجين(ا₂):

• نصف تفاعل الكاثود: 4 ساعات₃ا⁺ + 4 و^- → H.₂O + H₂

• تفاعل نصف الأنود: 4 OH^- → 2 ح₂س + 1 س₂ + 4 و^-

بجمع هذه العملية بأكملها ، نصل إلى المعادلة العالمية:

• تأين الماء: 8 ساعات₂O → 4 H.₃ا⁺ + 4 أوه^-

• نصف تفاعل الكاثود: 4 ساعات₃ا⁺ + 4 و^- → 4 ح₂س + 2 ح₂

• تفاعل نصف الأنود: 4 OH^- → 2 ح₂س + 1 س₂ + 4 و^-

• المعادلة العالمية: 2H₂O → 2 H.₂ + 1 س₂

التوضيح التحليل الكهربائي للمياه

لاحظ أن حجم الهيدروجين الناتج ضعف حجم الأكسجين. ومع ذلك ، في الممارسة العملية ، لم يتم التحقق من هذه النسبة الصارمة لأن الأكسجين أكثر قابلية للذوبان من الغاز هيدروجين.

اقرأ أيضا: الحصول على الألمنيوم عن طريق التحليل الكهربائي

تطبيقات التحليل الكهربائي للماء

يعتبر التحليل الكهربائي للماء عملية مهمة للغاية ، مع الأخذ في الاعتبار أن الهيدروجين غاز يمكن استخدامه كوقود. مثل ال الوقود المشتق من البترول غير متجددة ، يمكن أن يصبح غاز الهيدروجين بديلاً مهمًا.

بالإضافة إلى ذلك ، توجد بالفعل طرق لإنتاج البنزين تستخدم عملية التحليل الكهربائي للماء. انظر كيف يتم ذلك في النص العلماء قادرون على تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى بنزين.

بقلم جينيفر فوغاسا
مدرس كيمياء

مصدر: مدرسة البرازيل - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/eletrolise-agua.htm