אלקטרוליזה סדרתית. חישובים באלקטרוליזה סדרתית

אלקטרוליזה נלמדת בדרך כלל באלקטרוכימיה כמערכת המכילה בור או תא אלקטרוליטי (מיכל) עם חומר נוזלי או בתמיסה, בהם שתי אלקטרודות טובלות (הקתודה או הקוטב השלילי והאנודה או הקוטב חִיוּבִי). אלקטרודות כאלה מחוברות לגנרטור (תא או סוללה) אשר כאשר הוא מופעל מוליך חשמל מ- אלקטרודה לאחרת דרך הנוזל, וגורמת לתגובות הפחתת חמצון שהופכות אנרגיה חשמלית לאנרגיה כִּימִיָה.

עם זאת, כאשר מיישמים אלקטרוליזה בתעשיות, בפועל זה לא רק בור אלקטרוכימי עם שתי אלקטרודות; אלא כמה טנקים ענקיים המחוברים בסדרה, כפי שמוצג בתמונת הפתיחה. בנוסף, משמש רק גנרטור אחד עם מספיק קיבולת לשירות כל הטנקים הללו, כי אם נעשה שימוש בגנרטור לכל טנק, ההפסד הכלכלי יהפוך את הייצור לבלתי אפשרי תַעֲשִׂיָתִי.

בתוך הטקסט היבטים כמותיים של אלקטרוליזה הוצג כי באמצעות נוסחת המטען החשמלי (Q = i. t) ובאמצעות הקשר של קבוע פאראדיי (96500 צלזיוס) עם המסה הטוחנת של החומרים ועם חצי התגובות קתודי ואנודי מאוזן, ניתן לקבוע את מסת החומר שעובד או הושג בבור אלקטרוליטי.

ניתן לעשות זאת גם במקרה של אלקטרוליזה סדרתית. אך ישנם שני גורמים שיש לקחת בחשבון:

1. מכיוון שהגנרטור הוא אחד לכל התאים האלקטרוליטיים, הזמן (t) ועוצמת הזרם החשמלי (i) יהיו זהים לכל התאים. לָכֵן,

המטען החשמלי (Q) יהיה זהה גם לכל התאים;

2. המסה המתקבלת או הופכת בכל תא תהיה שונה, מכיוון שהחומרים הכלולים בכל אחד מהם הם שונים. הסיבה לכך היא, למשל, יון ה- Zn²⁺ דורש פי שניים יותר אלקטרונים מאשר יון Ag¹⁺. ניתן לחשב מסות אלה באמצעות כללים של שלושה או ישירות באמצעות הנוסחה הבאה:

m = __M. Q__
ש. 96500

על מה:

M = מסת טוחנת של כל חומר;
ש = מטען חשמלי של המערכת;
q = מטענים ליונים, למשל אם היונים הם Ag¹⁺, הערך של q יהיה 1.

ראה דוגמה כיצד לבצע חישוב מסוג זה:

דוגמא: ישנם שלושה כלי מים אלקטרוליטיים המחוברים בסדרה, שכל אחד מהם מכיל AgNO₃, CuSO₄ ו- ZnCℓ₂. בידיעה כי 108 גר 'כסף מתכתי הופקדו בבור הראשון, ניתן להסיק כי הופקדו גם הדברים הבאים:

א) 31.75 גרם נחושת מתכתית.

ב) 65.4 גרם אבץ מתכתי.

אל תפסיק עכשיו... יש עוד אחרי הפרסום;)

ג) 63.5 גרם נחושת מתכתית.

ד) 108 גרם נחושת מתכתית.

ה) 108 גרם אבץ מתכתי.

(מסות אטומיות: Ag = 108; Cu = 63.5; Zn = 65.4).

פתרון הבעיה:

מהמסה שנמצאת בתא האלקטרוליטי הראשון, אנו יכולים לגלות את המטען החשמלי של המערכת, זהה לכל התאים:

אג⁺ + 1e^-→ Ag
↓ ↓
1 mol 1 mol

1 מיל. 96500 C 108 גרם (מסת טוחנת)
Q 108 גרם (המסה שהושגה)
ש = 96500C

עם ערך זה ביד, אנו יכולים לגלות את המוני המתכות האחרות. ניתן לעשות זאת באמצעות הכלל של שלוש או הנוסחה שניתנה קודם:

• על פי כלל שלוש:

כלי אלקטרוליטי שני: כלי אלקטרוליטי שלישי:

תַחַת²⁺ + 2e^-→ Cu Zn⁺² + 2e^-→ Zn
↓ ↓ ↓ ↓
2 mol 1 mol 2 mol 1 mol 
2. 96500 C 63.5 גרם 2. 96500 C 65.4 גרם
96500 ס"מ_תַחַת 96500 ס"מ_Zn
M_תַחַת = 31.75 גרםM_Zn = 32.7 גרם

• לפי הנוסחה: m = __M. Q__
  ש. 96500

כלי אלקטרוליטי שני: כלי אלקטרוליטי שלישי:

M_תַחַת = (63,5). (96500) M_Zn = (32,7). (96500)
2. 96500 1. 96500
M_תַחַת = 31.75 גרםM_Zn = 32.7 גרם

לכן, האלטרנטיבה הנכונה היא האות "a".

מאת ג'ניפר פוגאצה
בוגר כימיה

האם תרצה להתייחס לטקסט זה בבית ספר או בעבודה אקדמית? תראה:

FOGAÇA, ג'ניפר רושה ורגס. "אלקטרוליזה סדרתית"; בית ספר ברזיל. אפשר להשיג ב: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/eletrolise-serie.htm. גישה אליו ב -28 ביוני 2021.