ما هو التحليل الكهربائي

في الكيمياء، التحليل الكهربائي هي الظاهرة التي يمر تيار كهربائي عبر محلول مائي لمركب أيوني، ويبدأ توجيه الأيونات (الجسيمات المشحونة) للمركب أ قطبين، إيجابي (الأنود، يجذب الأنيونات سالبة الشحنة) والسالبة (كاثود، يجذب الكاتيونات موجبة الشحنة). هذه الظاهرة محكومة بقانون الكهرباء الساكنة ، مما يشير إلى أن الشحنات المعاكسة تجتذب بعضها البعض.

الشوارد

في عام 1883 ، مايكل فارادي اكتشف أن المحاليل المائية لبعض المواد تجري تيارًا كهربائيًا ، بينما لا تفعل محاليل المواد الأخرى.

لاختبار ما إذا كان المحلول المائي ينقل تيارًا كهربائيًا أم لا ، صمم فاراداي جهازًا بسيطًا يتكون من أ دائرة كهربائية بجهد 110 فولت, مصباح، ص تم توصيل قطبين من المعدن أو الجرافيت إلى المصدر الحالي.

إذا كانت الأقطاب الكهربائية مغمورة في الماء ، فإن كمية التيار المتدفق صغيرة جدًا بحيث لا يضيء المصباح ؛ وينطبق الشيء نفسه إذا تم غمسها في محلول سكر.

على العكس من ذلك ، إذا كانوا منغمسين في حل كلوريد الصوديوم كلوريد الصوديوم او من حمض الهيدروكلوريك HCل ، يضيء المصباح بشكل مشرق ، مما يثبت أن الانحلال موصل ممتاز. من ناحية أخرى ، باستخدام حمض الخليك CH

₃مركز COOH المركز ، المحلول يدير التيار بشكل سيئ ، ولكن عندما يتم تخفيف الحمض بالماء H₂أو زيادة الموصلية الكهربائية.

أثناء مرور التيار من خلال حلول مختلفة ، يتم الحصول على منتجات مختلفة في الأقطاب الكهربائية.

في سياق دراسته في التحليل الكهربائي ، استنتج فاراداي القوانين التالية:

القانون الأول: تتناسب كمية المادة التي تحتوي على تحولها الكيميائي في قطب كهربائي مع كمية الكهرباء التي تمر عبر المحلول.

القانون الثاني: إذا تم تمرير نفس الكمية من الكهرباء من خلال محاليل مختلفة ، فإن أوزان المواد المتحللة أو المترسبة على الأقطاب الكهربائية المختلفة تتناسب مع الأوزان المكافئة المذكورة مواد.

للاستشهاد بمثال:

سوف يُفترض أن لديك خمس خلايا إلكتروليتية مختلفة. الأول مع حمض الهيدروكلوريك حمض الهيدروكلوريك، والثاني مع كبريتات النحاس CuSO₄والثالث مع كلوريد مضاد SbCl₃والرابع مع كلوريد الستانوس SnCl₂ والخامس مع كلوريد الستانيك SnCl₄.

يتم تمرير نفس التيار عبر سلسلة من الخلايا الإلكتروليتية ، حتى يتم إطلاق 1008 جرام من الهيدروجين (أ الوزن المكافئ للهيدروجين) لمحلول حمض الهيدروكلوريك ، الأوزان (بالجرام) للمنتجات الأخرى الصادرة في نفس الوقت هم انهم:

ال الوزن يعادل له قيمة الوزن الذري للعنصر مقسومًا على فالنسيا للعنصر.

لتحرير وزن مكافئ لأي عنصر ، تحتاجه 96500 كولوم. هذا المقدار من الكهرباء يسمى 1 فاراداي.

وحدة فاراداي

يُعرَّف الأمبير بأنه تيار منتظم يودع 0.001118 جرامًا من الفضة (Ag) من محلول نترات الفضة (AgNO)₃) في ثانية. بما أن الوزن الذري للفضة هو 107.88 جم / مول ، النسبة 107.88 / 0.001118 يعطي عدد الثواني أمبير أو كولوم الكهرباء المطلوبة لإيداع معادل كيميائي للفضة. هذه الكمية هي 96494 كولوم (القيمة 96500 تقريبية إلى حد ما لعمليات حسابية أبسط) ، وتسمى 1 فاراداي للكهرباء.

أقطاب كهربائية

اتصل فاراداي الأنود إلى القطب الموجب ، والكاثود إلى القطب السالب. كما أنشأ المصطلحين Anion و Cation ، المطبقين على المواد التي تظهر على التوالي عند الأنود والكاثود أثناء التحليل الكهربائي.

حاليًا ، تعريف آخر للأقطاب الكهربائية هو:

الأنود: القطب الذي يوجد فيه فقدان للإلكترونات أو الأكسدة.

كاثود: القطب الذي يوجد فيه كسب أو تقليل الإلكترون.

المنحلات بالكهرباء وغير المنحل بالكهرباء

لم يتم تفسير توصيل التيار الكهربائي من خلال الحلول بشكل مرضٍ حتى عام 1887 ، عندما أعلن سفانتي أرينيوس نظريته. قبل تقدير نظرية أرهينيوس وفهمها ، وضعنا أولاً بعض الحقائق التي كانت معروفة للعلم عندما صاغها أرينيوس:

ال المحاليل غير المنحل بالكهرباء لديهم خصائص يمكن حسابها من خلال تطبيق قانون راولت. إن ضغوط البخار ونقاط الغليان والتجميد المرصودة لهذه الحلول هي عمليا نفس القيم المحسوبة.

ال قانون راولت يوضح أن ضغط البخار لكل مذاب في المحلول يعتمد على الكسر الجزيئي الخاص به ، مضروبًا في ضغط البخار في حالته النقية.

فشل قانون رولت عند تطبيقه على محاليل الإلكتروليت في الماء. دائمًا ما تكون الاختلافات في ضغط البخار ونقاط الغليان والتجميد أكبر من تلك التي تنبأ بها القانون المذكور أعلاه ، علاوة على أنها تزداد عند التخفيف.

يتم تمثيل هذه الانحرافات بالقيمة i ، وهي نسبة التباين الملحوظ في نقطة التجمد بين التباين المحسوب في نقطة التجمد:

قيمة i هي مقياس للانحراف عن قانون رولت ، وتساوي 1 عندما لا يكون هناك أي انحراف.

الموصلية الكهربائية للكهارل

حقق أرينيوس في موصلية محاليل الإلكتروليت المائية لاكتشاف مدى اختلاف الموصلية باختلاف تركيز الإلكتروليت.

يقيس الموصلية المولارية (وهي الموصلية المقابلة لمول واحد من المنحل بالكهرباء المذاب ؛ أي ، الموصلية النوعية تشير إلى مول واحد ، ووجدت أنها تزداد مع التخفيف.

قارن أرينيوس نتائجه بقياسات الانحرافات عن قانون رولت ، ووجد علاقة وثيقة بينها وبين الموصلية المولارية. في نظريته يشرح سلوك الإلكتروليتات:

"جزيئات الإلكتروليت تتفكك إلى جزيئات مشحونة كهربائيًا تسمى الأيونات. الذوبان غير مكتمل ، وهناك توازن بين الجزيئات وأيوناتها. تقوم الأيونات بتوصيل التيار أثناء تحركها داخل المحلول ".

تعود الانحرافات عن قانون رولت إلى الزيادة في عدد الجسيمات الناتجة عن التفكك الجزئي للجزيئات.

أمثلة على التحليل الكهربائي

بعض الحلول التي تتصرف مثل الإلكتروليتات ، أي أن لديها القدرة على التحليل الكهربائي ، هي:

كلوريد الصوديوم كلوريد الصوديوم

حمض الهيدروكلوريك حمض الهيدروكلوريك

كبريتات الصوديوم نا₂جنوب غرب₄

حامض الكبريتيك H₂جنوب غرب₄

هيدروكسيد الصوديوم NaOH

هيدروكسيد الأمونيوم NH₄أوه

كربونات الصوديوم نا₂كو₃

بيكربونات الصوديوم NaHCO₃

حمض النيتريك HNO₃

نترات الفضة AgNO₃

كبريتات الزنك ZnSO₄