التحليل الكهربائي المائي: ما هو ، كيف ، التمارين

ال التحليل الكهربائي المائي هو رد فعل الأكسدة ليس عفويًا الذي يحدث مع مرور التيار الكهربائي من خلال حل الأيونات ذائب في ماء. لفهمها جيدًا ، من المهم معرفة ماهية التحليل الكهربائي نفسه. متابعة!

نرى أيضا: ما هو التحليل الكهربائي البركاني?

ما هو التحليل الكهربائي ولماذا؟

التحليل الكهربائي هو الاسم الذي يطلق على تفاعل الأكسدة والاختزال الكيميائي الذي يحدث بسبب مرور تيار كهربائي. يمكن أن يحدث رد الفعل هذا بطريقتين: أ التحليل الكهربائي البركاني و ال التحليل الكهربائي في محلول أيوني مائي. هذا الأخير يهمنا في هذا النص.

في كلا النوعين من التحليل الكهربائي ، توجد أيونات ، و فرق هو أن المركب الأيوني في النوع الأول هو يقذف ولا يوجد ماء في العملية ، وفي الثانية ، كما يقول الاسم ، يكون المركب الأيوني مذاب في الماء.

التحليل الكهربائي هو عملية كيميائية تستخدم الحصول على العناصر الكيميائية (مثل المعادن, هيدروجين, البريليوم, الكلور، من بين أمور أخرى) ، من أجل عملية الجلفنة، مثل الطلاء بالكروم والطلاء بالنيكل ، وكذلك للطلاء تنقية المعادن كهربائيا. إذا كنت مهتمًا بهذا الموضوع ، فاقرأ نصنا: مفهوم التحليل الكهربائي.

عملية جلفنة الهياكل المعدنية في حمام الزنك.

التحليل الكهربائي المائي

في التحليل الكهربائي المائي ، لدينا مركب أيوني مذاب في الماء ، وهذا المركب ، بواسطة التفكك أو التأين، تطلق أيوناتها في المحلول ، مما يسمح بمرور التيار الكهربائي. بالإضافة إلى الأيونات التي يطلقها المركب الأيوني ، يجب أن نأخذ في الاعتبار الأيونات من الأيونات المائية:

ح₂O → H.⁺ + أوه^-

نظرًا لوجود حاجة لوجود تيار كهربائي لحدوث التحليل الكهربائي ، فإننا نقول ، إذن ، إنه a عملية غير عفوية. وهو ما يحدث بالضبط لـ على عكس العملية التي شوهدت في المكدسوالذي بدوره يحول الطاقة الكيميائية المشتقة من التفاعل إلى إنتاج الطاقة الكهربائية.

كيف يحدث التحليل الكهربائي المائي

كما ذكرنا سابقًا ، أثناء التحليل الكهربائي المائي ، يجب أن نأخذ في الاعتبار أيونات مشتقة من الماء و ال أيونات مشتقة من المركب الذائب. انظر مثال تفكك كلوريد الصوديوم:

كلوريد الصوديوم_(هنا) → في⁺_(هنا) + Cl^-_(هنا)

لذا فإن الحل له كاتيونات (H⁺ و على⁺) واثنين من الأنيونات (OH^- و Cl^-). ومع ذلك ، سيخضع كاتيون واحد وأنيون واحد فقط للأكسدة عن طريق التفريغ الكهربائي. لتحديد أي من الاثنين سيتأثر ، لدينا ملف طابور الأولوية، ممثلة أدناه ، بترتيب تصاعدي:

- الايونات الموجبة: معادن من عائلة 1،2 و 13 +

- الأنيونات: الأكسجين والأنيونات^- -

لذلك ، على سبيل المثال التحليل الكهربائي في محلول مائي من كلوريد الصوديوم، لدينا أن أيونات H⁺ و Cl^- سوف يعاني من تفريغ كهربائي. الآن ، سنفعل تحليل لما يحدث في كل قطب:

• كاثود والأنود

في ال الكاثود، القطب السالب للخلية الإلكتروليتية ، و تصل الإلكترونات إلى القطب وهذا هو المكان الذي تهاجر إليه الكاتيونات الموجودة في الحل. لذلك ، هذا هو المكان الذي يحدث فيه تفريغ الكاتيون H.⁺ وتخفيضه بالمعادلة التالية:

2 ح⁺ + 2 هـ → ح_{2 (ز)}

في القطب الموجب ، القطب الموجب لخلية التحليل الكهربائي ، الكاتيونات الموجودة في المحلول تفريغ وتفقد إلكتروناتهم. لأن له أولوية التنزيل على OH^-، على البنود^- يهاجر إلى الأنود ، حيث يخضع للأكسدة وفقًا للمعادلة التالية:

2 سل^-_(هنا) → 2e + Cl_{2 (ز)}

يمكننا كتابة المعادلة العامة لعملية التحليل الكهربائي مضيفا ردود فعل كل خطوة العملية: التفكك. التأين الذاتي للماء. اختزال الكاتيون وأكسدة الأنيون.

كلوريد الصوديوم_(هنا) → في⁺_(هنا) + Cl^-_(هنا)

ح₂O → H.⁺ + أوه^-

2 ح⁺ + 2 هـ → ح_{2 (ز)}

2 سل^-_(هنا) → 2e + Cl_{2 (ز)}

موازنة المعادلات وإزالة العناصر التي تتكرر في المتفاعلات والمنتجات ، لدينا:

2NaCl_(هنا) + 2 ح₂ا_(سائل) → 2Na⁺_(هنا) + 2 أوه^-_(هنا) + ح_{2 (ز)} + Cl_{2 (ز)}

عند تحليل المعادلة العالمية ، لا يزال لدينا أيونات الصوديوم في الحل.⁺_(هنا) وأوه^-_(هنا), تشكيل الصودا الكاوية (هيدروكسيد الصوديوم) ، أحد نواتج التفاعل ، بالإضافة إلى غاز الهيدروجين، التي تشكلت عند الكاثود ، و غاز الكلور، تتشكل عند الأنود.

نرى أيضا:الجوانب الكمية للتحليل الكهربائي

تمارين حلها

السؤال 01 (UEG) الجلفنة هي عملية تسمح بإعطاء طلاء معدني لقطعة معينة. يظهر أدناه جهاز تجريبي تم إعداده لتمكين طلاء مفتاح بالنيكل.

في عملية طلاء المفتاح بالنيكل ، سيحدث تفاعل X ، يمثله تفاعل نصف Y. في هذه الحالة ، يمكن تمثيل زوج XY من خلال:

أ) الحد ، ني⁺ + 1 هـ^– → ني (ق)

ب) التخفيض ، Ni (s) → Ni²⁺ + 2 هـ^–

ج) الأكسدة ، ني²⁺ + 2 هـ^– → ني (ق)

د) الأكسدة ، Ni (s) → Ni²⁺ + 2 هـ^–

ه) الحد ، ني²⁺ + 2 هـ^– → ني (ق)

القرار: الحرف هـ ". الأيونات الموجودة في المحلول هي: الكاتيونات: ني²⁺ و ح⁺; الأنيونات: SO₄^2- وأوه^-. للكاتيونات ، ني²⁺ لها الأولوية في التفريغ ، وبالتالي ، فإنها ستعاني من انخفاض في الكاثود ، وفقًا للمعادلة: Ni²⁺ + 2 هـ^– → ني (ق).

السؤال 02 (FMABC-SP) ضع في اعتبارك النظام التالي المستخدم في تنقية النحاس المعدني:

في هذه العملية:

أ) II يمثل الكاثود حيث تحدث الأكسدة.

ب) II يمثل الأنود حيث يحدث الاختزال.

ج) أنا أمثل الكاثود حيث تحدث الأكسدة.

د) أنا أمثل الكاثود الذي يحدث عنده الاختزال.

ه) أنا أمثل الأنود حيث تحدث الأكسدة.

القرار: الحرف هـ ". في التحليل الكهربائي ، يسمى القطب المتصل بالقطب الموجب للمولد بالقطب الموجب ، وفيه تفقد الأنيونات الإلكترونات وتخضع للأكسدة ، وفقًا للمعادلة: Cu⁰ → نحاس²⁺ + 2 هـ.

السؤال 03 (Fatec-SP) لتكوين حلقة فولاذية من الكروم ، قام الطالب بتجميع الدائرة الإلكتروليتية ، الموضحة في الشكل التالي ، باستخدام مصدر تيار مباشر.

أثناء تشغيل الدائرة ، من الصحيح القول إنها تحدث

أ) إطلاق غاز الكلور عند الأنود ورواسب الكروم المعدني على الكاثود.

ب) إطلاق غاز الكلور عند القطب السالب وترسيب الكروم المعدني على الأنود.

ج) إطلاق غاز الأكسجين عند الأنود وترسيب البلاتين المعدني على الكاثود.

د) إطلاق غاز الهيدروجين عند القطب الموجب وتآكل البلاتين المعدني عند الكاثود.

ه) إطلاق غاز الهيدروجين عند الكاثود وتآكل الفولاذ المعدني عند الأنود.

القرار: الحرف ا". الأيونات الموجودة في المحلول هي: الكاتيونات: Cr³⁺ و ح⁺; الأنيونات: Cl^- وأوه^-. للكاتيونات ، كر³⁺ لها الأولوية في التفريغ ، وبالتالي ، فإنها ستعاني من الانخفاض عند الكاثود ، وفقًا للمعادلة: Cr³⁺ + 3 هـ^– → كر (ق).

بالنسبة للأنيونات ، يتمتع Cl- بالأولوية في التفريغ ، وبالتالي ، سيخضع للأكسدة عند الأنود ، وفقًا للمعادلة: 2Cl^-_(هنا) → 2e + Cl_{2 (ز).}

أي أنه في القطب الموجب (الجزء البلاتيني) سيكون لدينا إطلاق غاز الكلور Cl_2, وفي الكاثود (الحلقة الفولاذية) ، ترسب الكروم المعدني.

بقلم فيكتور فيريرا
مدرس كيمياء

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