نقدم لكم عرض تقديمي لشرح درس التحليل الكهربائي لمادة الكيمياء للصف الثاني عشر الفصل الدراسي الاول المنهج العماني
يناقش هذا الملف مفهوم التحليل الكهربائي وأهدافه، موضحًا المواد المتكونة في خلايا التحليل الكهربائي بناءً على الحالة الفيزيائية للإلكتروليت، وموقع الأيونات في سلسلة جهود الاختزال القياسية، وتركيز الأيونات المتنافسة. [6، 7، 8، 9]
رابط تنزيل عرض تقديمي لشرح درس التحليل الكهربائي لمادة الكيمياء للصف الثاني عشر الفصل الدراسي الاول المنهج العماني
التحليل الكهربائي:
هو عملية تفكك المركب إلى عناصره الأساسية باستخدام تيار كهربائي [17]. تُستخدم هذه العملية في استخلاص الفلزات النشطة مثل الصوديوم، والحصول على اللافلزات كالكلور، وتنقية بعض الفلزات كالنحاس، وفي عمليات الطلاء الكهربائي [18، 19، 20، 21].
مكونات خلية التحليل الكهربائي: [23]
تتكون الخلية الإلكتروليتية من إلكتروليت (مادة يتم تحليلها، تكون إما مركب أيوني مصهور أو محلول مائي مركز من الأيونات)، وقطبين كهربائيين (الأنود الموجب والكاثود السالب)، ومصدر طاقة يوفر تيارًا مستمرًا [31، 33، 35، 36].
مقارنة بين الخلايا الجلفانية والإلكتروليتية:
تُقارن الخلايا الإلكتروليتية بالخلايا الجلفانية من حيث تلقائية التفاعل (غير تلقائي في الإلكتروليتية، تلقائي في الجلفانية)، وفولتية الخلية (سالبة في الإلكتروليتية، موجبة في الجلفانية)، وشحنة الأقطاب (المهبط سالب والمصعد موجب في الإلكتروليتية، والعكس في الجلفانية) [49].
تفاعلات الأكسدة والاختزال:
في خلايا التحليل الكهربائي، تحدث الأكسدة عند المصعد (القطب الموجب) حيث تنجذب إليه الأيونات السالبة، وقد يتآكل القطب أو يتصاعد غاز [61، 62، 63، 64، 65]. أما الاختزال فيحدث عند المهبط (القطب السالب) حيث تنجذب إليه الأيونات الموجبة، وقد تترسب ذرات على القطب أو يتصاعد غاز [66، 67، 68، 69].
التحليل الكهربائي للمصاهير:
إذا كان الإلكتروليت مصهورًا أيونيًا نقيًا، فإنه يحتوي على أيونات بسيطة. يترسب فلز على المهبط ويتكون لافلز على المصعد [86]. مثال على ذلك التحليل الكهربائي لمصهور كلوريد الخارصين، حيث يترسب الخارصين عند الكاثود ويتصاعد غاز الكلور عند الأنود [88، 89، 92]. [86]
التحليل الكهربائي للمحاليل المائية:
تحتوي المحاليل المائية على أنواع متعددة من الأيونات. تعتمد سهولة نزع الشحنة الكهربائية للأيونات عند الأقطاب على قيمة جهد الاختزال القياسي وتركيز الأيونات [112، 113، 114، 116، 117]. فالكاتيون الذي يمتلك قيمة جهد اختزال أكبر يُختزل بسهولة أكبر [116]. إذا كان تركيز أيونات الهالوجينات (الكلور، البروم، اليود) عاليًا، فإنها تُنزع شحنتها تفضيليًا على حساب أيونات الهيدروكسيد [119، 120]. أما إذا كانت قيم جهود اختزال أيونات الكبريتات عالية جدًا، فإنه يصعب نزع شحنتها، وتُنزع شحنة أيونات الهيدروكسيد تفضيليًا ليتصاعد غاز الأكسجين [121].
أمثلة على التحليل الكهربائي للمحاليل المائية:
- محلول مركز من كلوريد الصوديوم: عند المهبط (الكاثود)، يتنافس أيونا الصوديوم والهيدروجين. أيون الهيدروجين هو الفائز لأنه يمتلك جهد اختزال أكبر (أكثر إيجابية). عند المصعد (الأنود)، يتنافس أيونا الكلوريد والهيدروكسيد. أيون الكلوريد هو الفائز ويتصاعد غاز الكلور لأن تركيز أيونات الكلوريد أكبر بكثير [130، 134، 137، 143، 146، 150، 151].
- محلول مخفف جدًا من كلوريد الصوديوم: عند المهبط (الكاثود)، يبقى أيون الهيدروجين هو الفائز. أما عند المصعد (الأنود)، وبما أن تركيز أيونات الكلوريد منخفض جدًا، فإن أيون الهيدروكسيد يصبح الفائز، مما يؤدي إلى تصاعد مزيج من غازي الكلور والأكسجين عند المصعد [153، 157، 161، 162، 163، 166، 172، 173، 174].
الخلاصة:
يجب أن يكون المركب الأيوني مصهورًا أو محلولًا ليخضع للتحليل الكهربائي [55]. الجرافيت مادة مناسبة للاستخدام كقطب كهربائي [56]. تتجه الأيونات الموجبة نحو المهبط أثناء التحليل الكهربائي [105].
