ملخص خلايا التحليل الكهربائي، الكيمياء

التحليل الكهربائي

• خلية تحليل كهربائي: الخليّة المستخدمة لإحداث تفاعلات تأكسد واختزال لا تحدث بشكل تلقائي، ويتطلّبُ حدوثُها تزويدَها بطاقة كهربائيّة من مصدر خارجي
• التحليل الكهربائي: عمليّة تمرير تيار كهربائي في مصهور أو محلول مادّةٍ كهرليّة؛ ممّا يؤدّي إلى حدوث تفاعل تأكسد واختزال
• تُشحَن البطّاريات.
• تُستعمَل في استخلاص بعض الفلزّات النشطة من مصاهيرها، مثل الصوديوم والألمنيوم.
• تُستخدَم في تنقية الفلزّات والطّلاء الكهربائي لبعضها، سواء لحمايتها منَ التآكل أو لإكسابها مظهرًا جميلًا، كما في الشكل (12).

التحليل الكهربائي لمصهور مادّة كهرليّة

• وعاء يحتوي على مصهور مادّة أيونيّة.
• أقطاب خاملة منَ الجرافيت أو البلاتين.
• بطّاريّة وأسلاك توصيل.
• تتحرّك الأيونات الموجبة باتّجاه القطب السالب (المِهبط) وتُختزَل.
• أمّا الأيونات السالبة فتتحرّك باتّجاه القطب الموجب (المِصعد) وتتأكسد.

التحليل الكهربائي لمصهور

• NaCl(l) -> Na+(l) + Cl-(l)
• Na+(l) + e- -> Na(l)
• 2Cl-(l) -> Cl2(g) + 2e-
• 2Na+(l) + 2Cl-(l) -> 2Na(l) + Cl2(g)
• Na+(aq) + e- Na(l) E = -2.71 V
• Cl2(g) + 2e- 2Cl-(aq) E_2 = 1.36 V
• E = E(cathode) - E_2(anode)
• E = -2.71 - 1.36 = -4.07 V

التحليل الكهربائي لمحلول مادّة كهرليّة

• يُحتمَل حدوث تأكسد للأيونات السالبة في المحلول أو لجزيئات الماء.
• كذلك يُحتمَل أن يحدث اختزال للأيونات الموجبة أو لجزيئات الماء في المحلول.

التحليل الكهربائي لمحلول يوديد البوتاسيوم

• KI(s) ->[H2O] K+(aq) + I-(aq)
• K+(aq) + e- K(s) E = -2.92 V
• 2H2O(l) + 2e- H2(g) + 2OH-(aq) E_2O = -0.83 V
• 2H2O(l) + 2e- -> H2(g) + 2OH-(aq)
• O2(g) + 4H+(aq) + 4e- 2H2O(l) E = 1.23 V
• I2(s) + 2e- 2I-(aq) E = 0.54 V
• جهد تأكسد الماء يساوي ⁦(−1.23 V)⁩، أما جهد تأكسد اليود فيساوي ⁦(−0.54 V)⁩.
• أي أنَّ جهد تأكسد اليود أعلى من جهد تأكسد الماء؛ ومن ثَمّ فإنَّه أسهلُ تأكسدًا منَ الماء.
• 2I-(aq) -> I2(s) + 2e-
• 2H2O(l) + 2I-(aq) -> H2(g) + 2OH-(aq) + I2(s)
• E = E_2O(cathode) - E_2(anode)
• E = -0.83 - 0.54 = -1.37 V

التحليل الكهربائي لمحلول بروميد النحاس CuBr2

• CuBr2(s) ->[H2O] Cu2+(aq) + 2Br-(aq)
• Cu2+(aq) + 2e- -> Cu(s) E = 0.34 V
• 2H2O(l) + 2e- -> H2(g) + 2OH-(aq) E = -0.83 V
• $\ce{Cu^{2+}(aq) + 2e- -> Cu(s)}$
• Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) E = 1.07 V
• جهد تأكسد الماء يساوي ⁦(−1.23 V)⁩، أما جهد تأكسد البروم فيساوي ⁦(−1.07 V)⁩.
• ألاحظ أنَّ جهد تأكسد البروم أعلى منه للماء، أي أنّ أيونات البروميد Br- أسهلُ تأكسدًا.
• 2Br-(aq) -> Br2(l) + 2e-
• Cu2+(aq) + 2Br-(aq) -> Cu(s) + Br2(l)
• E = E(cathode) - E_2(anode)
• E = 0.34 - 1.07 = -0.73 V

التحليل الكهربائي لمحلول كبريتات الصوديوم Na2SO4

• Na2SO4(s) ->[H2O] 2Na+(aq) + SO42-(aq)
• Na+(aq) + e- -> Na(s) E = -2.71 V
• 2H2O(l) -> O2(g) + 4H+(aq) + 4e-
• 4H2O(l) + 4e- -> 2H2(g) + 4OH-
• 2H2O(l) -> 2H2(g) + O2(g)
• أنَّ الأيونات الموجبة وجزيئات الماء يُحتمَل أن تُختزَل عند المِهبط.
• أنَّ الأيونات السالبة أو جزيئات الماء يُحتمَل أن تتأكسد عند المِصعد.
• أنَّ التفاعل الذي يحدث يعتمد بشكل عام على جهود الاختزال المعياريّة لكلٍّ منهما.

استخلاص الألمنيوم

• خلية هول–هيروليت: خليّة التحليل الكهربائي لمصهور Al2O3 خليّة هول–هيروليت، وتتكوّن منَ الداخل من طبقة منَ الجرافيت تمثّل المِهبط، وسلسلة من أقطاب الجرافيت تُغمَس في المصهور تمثّل المِصعد
• يُعالَج الخامُ لتخليصه منَ الشوائب.
• ثمَّ يُسخَّن لتحويله إلى أكسيد الألمنيوم Al2O3.
• يُذاب في مصهور الكريوليت Na3AlF6؛ فتَنخفض درجة انصهاره نحوَ ⁦1000°C⁩.
• Al3+(l) + 3e- -> Al(l)
• $$\ce{2O^{2-}(l) ->…