الکترولیز

واکنش های شیمیایی درزندگی روزانه ما بسیار ضروری می باشند. خیلی ازفرآیندهای صنعتی مانند تولید مواد مختلف با واکنش های اکسایش- کاهشی در ارتباط هستند. این دسته از واکنش ها که نقش بسیار مهمی درمحدوده واکنش های شیمیایی در یک مسیر معین ایفا می کنند، همواره با نقل و انتقال الکترون در ارتباط می باشند. واکنشی که در آن الکترون دریافت می شود و ماده مورد نظر( عامل اکسنده ) کاهیده می شود واکنش کاهشی نام دارد.

همین طور واکنشی که درآن الکترون از دست داده می شود تا واکنش دهنده ( عامل کاهنده ) اکسید گردد و محصول مورد نظر تولید شود واکنش اکسایشی نام دارد.

در تصویر زیرمیخ آهنی طی واکنش اکسایش به یون های آهن اا و محلول سولفات مس ( یون های مس اا ) طی واکنش کاهشی به مسی که روی میخ آهنی قرار گرفته ، تبدیل شده است.

فرایند تبدیل انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی در یک سلول گالوانی ( ولتایی ) انجام می شود و به طور برعکس پدیده تغییرات شیمیایی با تبدیل انرژی الکتریکی به شیمیایی با عبور جریان الکتریسیته از میان یک الکترولیت، الکترولیز نامیده می شود.

ابتدا هامفری دیوی در سال 1807 با عبور جریان الکتریسیته از میان هیدروکسید پتاسیم مذاب با استفاده از الکترود پتاسیم، آزمایشات الکترولیزی را پایه ریزی کرد. یک محلول الکترولیتی یا یک الکترولیت مذاب شامل یون های منفی یا مثبت می باشد که به طور آزادانه در سرتاسر محلول حرکت می کنند. دراین جا پتانسیل الکتریکی در محلول زمانی برقرار می شود که یون ها به طرف الکترود مورد نظر به درستی حرکت کنند.

کاتیون ها( یون های دارای بار مثبت ) به طرف قطب منفی که کاتد نامیده می شود متمایل می گردند و آنیون ها ( یون های دارای بار منفی ) نیز به طرف قطب مثبت که آند نامیده می شود، حرکت می کنند. در نزدیکی سطح الکترود ، یون ها در یک سری واکنش های شیمیایی شرکت می کنند. کاتیون ها درالکترود کاتد کاهیده و آنیون ها در الکترود آند اکسید می شوند. بنابراین محلول الکترولیت با عبور جریان الکتریسیته به یون های تشکیل دهنده اش تجزیه می گردد. محصولات این دسته از واکنش های الکترودی :

ماده ای که به طور مستقیم در سطح تشکیل می شود محصول اولیه نامیده می شود و  این فرایند به عنوان تغییر اولیه نام گذاری شده است . محصولات اولیه ممکن است تغییرات بیشتری را برای تشکیل مولکول ها یا ترکیبات جدیدتر متحمل گردند.

برای مثال الکترولیز آب می تواند آن را به هیدروژن و اکسیژن تجزیه کند.

فرآیند الکترولیز:

الکترولیز در یک دستگاه طراحی شده مخصوصی به نام سلول الکترولیتی انجام می شود. یک سلول الکترولیتی که ظرفی از جنس شیشه یا هر ماده پلاستیکی مناسب می باشد،مخزن الکترولیتی نامیده می شود و به لحاظ رسانش الکتریکی ضعیف است. دو الکترود که در سلول الکترولیتی قرار دارند با محلول الکترولیت یا الکترولیت مذاب در ارتباط می باشند. درنهایت با اتصال الکترودها به باتری ( منبع جریان مستقیم )، جریان الکتریسیته ازدرون محلول عبورداده می شود.

با انجام آزمایش زیر،می توانید بیشتر با فرایند الکترولیز وچگونگی جابه جایی یون ها آشنا شوید.

دستورالعمل:

دانش آموزان می توانند با کلیک روی Metals ،فلز مورد نظر خود را به عنوان الکترود تعیین کنند وهمچنین با کلیک روی Solutions می توانند محلول الکترولیتی دلخواه را در نظر بگیرند و در آخر با کلیک مجدد روی Metals و Solutions می توانند پنجره را ببندند. سپس با تعیین ولتاژ مناسب و زمان مد نظرمی توانند با کلیک روی دکمه on فرآیند الکترولیز را مشاهده کنند که درآند جرم تیغه کاهش و در کاتد جرم تیغه افزایش می یابد. درنهایت با کلیک روی New Trial می توانند مجددا آزمایش را با مواد جدید انجام دهند.

گروه مدرسه اینترنتی سایت تبیان - تهیه و تنظیم: طیبه موسیوند