מהי אלקטרוליזה?

אלקטרוליזה היא א תגובה כימית לא ספונטנית הכרוך בתגובה להפחתת חמצון, הנגרמת על ידי זרם חשמלי.

כדי שמתרחש אלקטרוליזה, הזרם החשמלי המעורב חייב להיות רציף ובעל מתח מספיק.

כדי שהיונים המעורבים יהיו בעלי חופש בתנועה שהם מבצעים, אלקטרוליזה יכולה להתרחש על ידי היתוך (אלקטרוליזה דלקתית) או על ידי פירוק (אלקטרוליזה בתמיסה).

יישומי אלקטרוליזה

חומרים רבים ותרכובות כימיות מיוצרים מתהליך האלקטרוליזה, למשל:

• אלומיניום ו נְחוֹשֶׁת
• מֵימָן ו כְּלוֹר בצילינדר
• תכשיטי תלבושות (תהליך גלוון)
• סיר לחץ
• גלגל מגנזיום (רכסי רכזת רכב).

חוקי אלקטרוליזה

חוקי האלקטרוליזה פותחו על ידי הפיזיקאי והכימאי האנגלי מיכאל דה פאראדיי (1791-1867). שני החוקים שולטים בהיבטים הכמותיים של אלקטרוליזה.

ה החוק הראשון של אלקטרוליזה יש את ההצהרה הבאה:

“המסה של אלמנט, המופקדת בתהליך האלקטרוליזה, עומדת ביחס ישר לכמות החשמל העוברת בתא האלקטרוליטי.”.

ש = i. t

איפה,

ש: מטען חשמלי (C)
אני: עוצמת זרם חשמלי (A)
t: מרווח זמן של מעבר זרם חשמלי

ה החוק השני של אלקטרוליזה יש את ההצהרה הבאה:

“המוני אלמנטים שונים, כאשר הם מופקדים במהלך אלקטרוליזה באותה כמות חשמל, הם ביחס ישר לשווי המקביל שלהם.”.

M = K. AND

איפה,

M: מסת חומר
ק: קבוע מידתיות
AND: גרם שווה ערך לחומר

למידע נוסף במאמר: פאראדיי קבוע.

מִיוּן

תהליך האלקטרוליזה יכול להתרחש באמצעות התכה או פירוק:

אלקטרוליזה דלקתית

אלקטרוליזה דלקתית היא זו שעובד ממכשיר אלקטרוליט מותך, כלומר בתהליך של היתוך.

כדוגמה, נשתמש ב- NaCl (Sodium Chloride). כאשר אנו מחממים את החומר ל- 808 מעלות צלזיוס, הוא מתמזג והיונים נמצאים (Na⁺ וקל^-) מתחילים להיות חופש תנועה גדול יותר, במצב נוזלי.

כאשר זרם חשמלי עובר לתא האלקטרוליטי, קטיוני ה- Na⁺ הם נמשכים על ידי הקוטב השלילי, הנקרא קתודה. כבר האניונים של קל^-, נמשכים על ידי הקוטב החיובי, או האנודה.

במקרה של Na⁺ מתרחשת תגובת הפחתה ואילו ב- Cl^-, יש תגובה של חִמצוּן.

תוכנית של אלקטרוליזה NaCl דלקתית

אלקטרוליזה מימית

באלקטרוליזה מימית, הממס המיונן בו משתמשים הוא מים. בתמיסה מימית ניתן לבצע אלקטרוליזה באמצעות אלקטרודות הפוכות או אלקטרודות פעילות (או תגובתיות).

אלקטרודות אינרטיות: המים בתמיסה מייננים לפי המשוואה:

ה₂O ↔ H⁺ + אה^-

עם ה דיסוציאציה של NaCl יש לנו:

NaCl → Na⁺ + קל^-

לפיכך, הקטיונים H⁺ והמשיך⁺ יכול להיות משוחרר בקוטב השלילי, ואילו אניוני OH^- וקל^- יכול להשתחרר בקוטב החיובי.

תוכנית אלקטרוליזה מימית של NaCl

בקטיונים קיימת תגובת הפחתה (הפחתה קתודית), ואילו באניונים, תגובת חמצון (חמצון אנודי).

אז יש לנו את תגובת האלקטרוליזה:

2 NaCl + 2 H₂O → 2 In⁺ + 2 אוה^- + H₂ + קל₂

מכאן, אנו יכולים להסיק שמולקולות NaOH נשארות בתמיסה, בעוד ש H₂ משוחרר בקוטב השלילי והקל₂, על הקוטב החיובי.

תהליך זה יביא למשוואה המקבילה:

2 NaCl + 2 H₂O → 2 NaOH + H₂ + קל₂

אלקטרודות פעילות: במקרה זה, האלקטרודות הפעילות משתתפות באלקטרוליזה, אולם הן סובלות מקורוזיה.

כדוגמה יש לנו את האלקטרוליזה בתמיסה מימית של נחושת גופרתית (CuSO)₄):
CUSO₄ → Cu₂ מערכת הפעלה + ^2-₄
ה₂O → H⁺ + אה^-

תוכנית אלקטרוליזה מימית של CuSO₄

במקרה זה, אנודת הנחושת תשתבש:

תַחַת⁰ → Cu²⁺ + 2e^-

הסיבה לכך היא שעל פי הפוטנציאלים הסטנדרטיים של האלקטרודות, לזרם החשמלי קל יותר להסיר את האלקטרונים מה- Cu⁰ מאשר מערכת ההפעלה ^2-₄ או מאו^-.

לכן, בקוטב השלילי מתרחשת תגובת האלקטרוליזה הבאה:

2e^- + Cu²⁺ → Cu

על הקוטב החיובי, יש לנו תגובת אלקטרוליזה:

Cu → Cu²⁺ + 2e^-

לבסוף, כאשר אנו מוסיפים את שתי משוואות האלקטרוליזה, יש לנו אפס כתוצאה מכך.

רוצים לדעת יותר על הנושא? קרא את המאמרים:

• יון, קטיון ואניון
• תגובה כימית
• תגובות חמצון

סוללה ואלקטרוליזה

אלקטרוליזה מבוססת על תופעה הפוכה מזו של הסוללה. באלקטרוליזה התהליך אינו ספונטני, כפי שהוא קורה בסוללות. במילים אחרות, אלקטרוליזה ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיה כימית, בעוד שהתא מייצר אנרגיה חשמלית מאנרגיה כימית.

לדעת יותר על אלקטרוכימיה.

תרגילים

1. (Ulbra-RS) ניתן לייצר אשלגן מתכתי באמצעות אלקטרוליזה דלקתית של אשלגן כלורי. מתוך הצהרה זו, סמן את החלופה הנכונה.

א) אלקטרוליזה היא תהליך הכרוך בתגובות הפחתת חמצון והפחתה המונעות על ידי זרם חשמלי.
ב) אלקטרוליזה דלקתית של אשלגן כלורי מתרחשת בטמפרטורת החדר.
ג) אשלגן נמצא בטבע בצורה מופחתת (K⁰).
ד) תגובת האלקטרוליזה היא כזו המתרחשת בעזרת קרינה אולטרה סגולה.
ה) בתהליך אלקטרוליזה של אשלגן כלורי, לקבלת אשלגן מתכתי, מתרחש העברת אלקטרונים מאשלגן לכלור.

ראה תשובה

חלופי ל

2. (UFRGS-RS) בקתודה של תא אלקטרוליזה יש תמיד:

א) בתצהיר מתכת.
ב) חצי תגובה של הפחתה.
ג) ייצור זרם חשמלי.
ד) שחרור גז מימן.
ה) קורוזיה כימית.

ראה תשובה

חלופה ב

3. (Unifor-CE) ההצעות הבאות קשורות לאלקטרוליזה:

אני. תגובות אלקטרוליזה מתרחשות עם צריכת אנרגיה חשמלית.
II. לא ניתן לחשמל פתרונות גלוקוז מימיים מכיוון שהם אינם מוליכים זרם חשמלי.
III. באלקטרוליזה של תמיסות מלח, קטיונים מתכתיים עוברים חמצון.

אנו יכולים לומר כי רק:

א) אני צודק.
ב) II נכון.
ג) III נכון.
ד) I ו- II נכונים.
ה) II ו- III נכונים.

ראה תשובה

חֲלוּפָה

4. (FEI-SP) שני סטודנטים לכימיה ביצעו אלקטרוליזת BaCl₂; הראשון מימי והשני לוהט. לגבי התוצאה, אנו יכולים לומר ששניהם השיגו:

א) ח₂ זה ה₂ באנודות.
ב) ח₂ ו- Ba באנודות.
ג) קל₂ ו- Ba על האלקטרודות.
ד) ה₂ בקתודות.
ה) קל₂ באנודות.

ראה תשובה

אלטרנטיבי ו

5. (Vunesp) "בריכה ללא כימיה”היא פרסומת הכוללת טיפול במים. עם זאת ידוע כי הטיפול מורכב מהוספת נתרן כלורי למים והעברתם מים דרך מיכל המצויד באלקטרודות נחושת ופלטינה המחוברות לעופרת אוטו.

א) על סמך מידע זה, דון אם הודעת המודעה נכונה
ב) בהתחשב באלקטרודות האינרטיות, כתוב את משוואות התגובות המעורבות המצדיקות את התשובה הקודמת.

ראה תשובה

א) הודעת המודעה אינה נכונה, מכיוון שייווצרו מוצרים כימיים.
ב) 2 NaCl + 2H₂O → 2 NaOH + H₂ + קל₂ (תגובה היוצרת כלור, שימושית בטיפול במי בריכה)
2 NaOH + Cl₂ → NaCl + NaClO + H₂O (תגובה היוצרת NaClO, קוטל חיידקים חזק)