הַפרָדָה חַשְׁמָלִית הוא תהליך פיזיקלי-כימי המשתמש באנרגיה חשמלית מכל מקור שהוא (כגון סוֹלְלָה או סוללה) כדי לאלץ את התרחשותה של תגובה כימית לייצר חומרים פשוטים או מרוכבים שלא ניתן למצוא בטבע או שאינם נמצאים בכמויות גדולות.
ייצוג הרכבה של כל מערכת אלקטרוליזה
במהלך אלקטרוליזה קטיון עובר צמצום בקתודה ואניון עובר חמצון באנודה. זה קורה באמצעות פריקה חשמלית שמספק גורם חיצוני. לפיכך, באלקטרוליזה יש לנו תגובת חמצון והפחתה לא ספונטנית.
כעת הבין את שתי הדרכים בהן מתרחשת אלקטרוליזה:
בסוג זה של אלקטרוליזה אנו משתמשים ב- חומר יוני במצב נוזלי בבור אלקטרוליטי. כאשר החומר היוני (XY) עובר היתוך, הוא עובר תהליך של דיסוציאציה, כפי שמוצג להלן:
ואז, כאשר מקור החשמל מופעל, הקטיון (X+) נע לכיוון הקתודה, והאניונים (Y-) לנוע לכיוון האנודה. בְּכָך:
בקתודה: הקטיונים מקבלים אלקטרונים (הם עוברים צמצום) והופכים לחומר יציב (X), תהליך המיוצג על ידי המשוואה הבאה:
באנודה: אניונים מאבדים אלקטרונים (הם עוברים חמצון) והופכים לחומר יציב (X), תהליך המיוצג על ידי המשוואה הבאה:
א) דוגמה לאלקטרוליזה דלקתית
כדוגמה, עקוב כעת אחר האלקטרוליזה הדלקתית של
נתרן כלורי (NaCl). כאשר נתרן כלורי (NaCl) עובר היתוך, הוא עובר את תהליך הניתוק, כמוצג להלן:
ואז, כאשר מקור החשמל מופעל, הקטיון (Na+) נע לכיוון הקתודה, והאניונים (Cl-) לנוע לכיוון האנודה. בְּכָך:
בקתודה: הקטיונים ב+ הם מקבלים אלקטרונים (הם עוברים הפחתה) והופכים לחומר יציב (Na, שהוא מתכת מוצקה), תהליך המיוצג על ידי המשוואה הבאה:
באנודה: האניונים של Cl- הם מאבדים אלקטרונים (הם עוברים חמצון) והופכים לחומר יציב (Cl2, שהוא גזי), תהליך המיוצג על ידי המשוואה למטה:
תוכנית המדגימה את האלקטרוליזה הדמית של NaCl
לפיכך, באלקטרוליזה דלקתית של נתרן כלורי, נוצר לנו נתרן מתכתי (Na) וגז כלור (Cl2).
בסוג זה של אלקטרוליזה אנו משתמשים בחומר יוני המומס במים בתוך המיכל האלקטרוליטי. לכן, לפני ביצוע האלקטרוליזה, אנו מערבבים תחילה את החומר (בדרך כלל מלח אנאורגני) במים כדי לגרום לניתוק שלהם (שחרור קטיון ואניון), כפי שמוצג לִגעוֹת:
אל תפסיק עכשיו... יש עוד אחרי הפרסום;)
ההבדל ביחס לאלקטרוליזה דלקתית הוא שבנוסף ליונים מניתוק, יש לנו גם יונים ממינון עצמי של מים. ביינון העצמי שלהם, מים מייצרים קטיון הידרוניום (H+) ואניון הידרוקסיד (OH-), כמו במשוואה שלהלן:
לפיכך, בתוך המכל האלקטרוליטי, יש לנו נוכחות של שני קטיונים (אחד מהחומר יונית ואחת מהמים) ושני אניונים (אחד מהחומר היוני והשני מה- מים).
כדי לדעת איזה קטיון יעבור לקתודה ואיזה אניון יעבור לאנודה, יש לדעת את סדר פריקת הקטיונים והאניונים.
לקטיונים:
Au> Pt> Hg> Ag> Cu> Ni> Cd> Pb> Fe> Zn> Mn> hydronium> IIIA family> Family IIA family> IA family
עבור אניונים
אניונים לא מחומצנים ו- HSO4 > הידרוקסיד> אניונים מחומצן ו- F
ואז, כאשר מקור החשמל מופעל, קטיון (X+) נע לכיוון הקתודה, ואחד האניונים (Y-) נע לכיוון האנודה.
בקתודה: הקטיונים מקבלים אלקטרונים (הם עוברים הפחתה) והופכים לחומר יציב (X), תהליך המיוצג על ידי המשוואה למטה:
באנודה: אניונים מאבדים אלקטרונים (הם עוברים חמצון) והופכים לחומר יציב (Y), תהליך המיוצג על ידי המשוואה למטה:
א) דוגמה לאלקטרוליזה מימית
כדוגמה נשתמש באלקטרוליזה מימית של נתרן כלורי (NaCl). כאשר נתרן כלורי (NaCl) מומס במים, הוא עובר את תהליך הניתוק, כמוצג להלן:
בנוסף לניתוק של NaCl, יש לנו יינון עצמי של מים:
אז יש לנו את הקטיונים H+ והמשיך+ והאניונים של OH- וקל-. ואז, כאשר מקור החשמל מופעל, יש לנו את הדברים הבאים:
בקתודה: קטיוני ה- H+ לקבל אלקטרונים (מופחת) ולהפוך לחומר יציב (H2, שהוא גז). הסיבה לכך היא שהידרוניום הוא בעל עדיפות פריקה על פני יסודות משפחת ה- IA (במקרה זה, Na). התהליך מיוצג על ידי המשוואה הבאה:
באנודה: אניוני Cl- הם מאבדים אלקטרונים (הם עוברים חמצון) והופכים לחומר יציב (Cl2, שהוא גזי). הסיבה לכך היא שה- Cl- זהו אניון שאינו מחומצן ובעל עדיפות פריקה על פני הידרוקסיד, תהליך המיוצג על ידי המשוואה למטה:
תוכנית המדגימה את האלקטרוליזה המימית של NaCl
לפיכך, באלקטרוליזה מימית של נתרן כלורי יש לנו היווצרות גז מימן (H2) וגז כלור (Cl2).
על ידי. דיוגו לופס דיאס
כִּימִיָה
יישומים של אלקטרוליזה, גלוון, ציפוי ניקל, ציפוי כרום, ניקל, כרום, קתודה, נתרן, אלומיניום, כלור, סודה קאוסטית, גז מימן, אלקטרוליזה דלקתית, אלקטרוליזה מימית, מתכות אלקליות, אדמה אלקליין, גז כְּלוֹר.
