ما هو التحليل الكهربي ؟ وكيف يتم عمله؟

Question

ما هو التحليل الكهربي elctrolysis ؟ 

كيف يتم عمل التحليل الكهربي؟

Answer 1

التحليل الكهربي Elctrolysis

- عندما يمر تيار كهربي خلال مركب أيوني مصهور أو محلول يحتوي على أيونات فإن تفاعلاً كيميائياً يحدث حيث تتحلل المادة كهربياً وهذا التفاعل يسمى التحليل الكهربي.

- وهذا التفاعل هو عبارة عن تفاعل أكسدة واختزال ويحدث داخل جهاز يسمى خلية التحليل الكهربي.

تعريف التحليل الكهربي

- هو عملية يحدث بها تفاعل كيميائي نتيجة مرور تيار كهربي أو هي تحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة كيميائية.

هل يمكن حدوث التفاعل التالي:

2HI _(aq) = I_{2 (s)} + H_{2 (g)}

- ويمكن كتابة المعادلة بالشكل التالي:

2I^- _(aq)  + 2H⁺ _(aq) = I_{2 (s)} + H_{2 (g)}

- يمكن الإجابة على السؤال وذلك من خلال حساب قيمة فرق الجهد الناتج عن هذا التفاعل:

- نلاحظ أن فرق الجهد الناتج بالسالب . أي لا يمكن حدوث التفاعل كما هو مكتوب. 

- ولكن يمكن أن نجبر هذه المواد على التفاعل إذا وفرنا لها الطاقة المناسبة أي تيار كهربي مناسب . وذلك من خلال خلايا التحليل الكهربي.

كيفية عمل خلية التحليل الكهربي (كيف نحصل على تفاعل تلقائي):

خطوات العمل:

(1) ضع محلول من يوديد الهيدروجين (HI) في كأس.

(2) نغمس قطبين من الكربون في المحلول.

(3) نوصل القطبين باسلاك بمصدر للتيار الكهربي فرق جهده أكبر من ( volt 0.54 ) كما في الرسم.

(4) نوصل البطارية (مصدر لتيار خارجي) والهدف منها هو ضخ الإلكترونات.

المشاهدة والاستنتاج:

(1) يسري التيار الكهربي (الإلكترونات) إلى القطب السالب (المهبط). 

(2) تنجذب الأيونات الموجبة (⁺H) للقطب السالب لتكتسب الإلكترونات وتتحول إلى جزيئات غازية (H₂) تتصاعد على شكل فقاعات عند المهبط حسب المعادلة: 

2H+ (aq) + 2e- → H2 (g)

(3) تنجذب الأيونات السالبة (^-I) للقطب الموجب لتفقد الإلكترونات وتتحول إلى جزيئات صلبة (I₂) تترسب عند المصعد حسب المعادلة:

^-2I^- _(aq) → I_{2 (s)} + 2e

(4) تنتقل الإلكترونات عبر المصعد باتجاه مصدر التيار وهكذا.

التحليل الكهربي لمصهور كلوريد الصوديوم (NaCl)

- عند صهر كلوريد الصوديوم يتفكك إلى أيونات موجبة ⁺Na وايونات سالبة ^-Cl حرة الحركة.

- وعند إمرار تيار كهربي تنجذب أيونات الصوديوم الموجبة نحو المهبط (القطب السالب) وتتحول إلى ذرات الصوديوم (تختزل).

عند المهبط: 

Na⁺ _(l)  + 1e^- = Na _(s) 

أما أيونات الكلور السالبة فتنجذب نحو المصعد ( القطب الموجب ) لتختزل حيث تتحول إلى ذرات ، وكل ذرتين تتحدان لتكون جزيء كلور ليتصاعد عند المصعد على شكل غاز.

عند المصعد: 

^-2Cl^- _(l)  = Cl_{2 (g) +} 2e

وعند جمع نصفي التفاعل بعد التخلص من الإلكترونات:

سؤال: ماذا نلاحظ عند إمرار تيار كهربي في محلول كلوريد الصوديوم بين أقطاب  الجرافيت.

جواب:  يتصاعد غاز الكلور عند الأنود (المصعد)