مبدأ تحليل الكهربائي لمحلول كبريتات النحاس

التحليل الكهربائي

التحليل الكهربائي هو عملية كيميائية كهربائية تمر فيها التيار من كهرباء إلى أخرى في محلول متأين وهو المحلول الكهربائي. في هذه العملية، تأتي الأيونات الموجبة أو الكايتونات إلى الكهرباء السالبة أو الكاثود والأيونات السالبة أو الأنيونات تأتي إلى الكهرباء الموجبة أو الأنود.

قبل فهم مبدأ التحليل الكهربائي، يجب أن نعرف ما هو المحلول الكهربائي أو تعريف المحلول الكهربائي

تعريف المحلول الكهربائي

المحلول الكهربائي هو مادة كيميائية تكون ذراتها متصلة ببعضها البعض بواسطة روابط أيونية ولكن عندما نقوم بذوبانه في الماء، تنقسم جزيئاته إلى أيونات موجبة وأيونات سالبة. الأيونات المشحونة إيجابياً تسمى الكايتونات بينما الأيونات المشحونة سلباً تسمى الأنيونات. يتحرك كل من الكايتونات والأنيونات بحرية في المحلول.

مبدأ التحليل الكهربائي

في الروابط الأيونية، يفقد ذرة واحدة الإلكترونات الطرفية ويكتسب ذرة أخرى الإلكترونات. نتيجة لذلك، تصبح الذرة الأولى أيونًا موجب الشحنة والذرة الثانية أيونًا سالب الشحنة. بسبب الشحنات المعاكسة، يجتذبان بعضهما البعض ويشكلان رابطة بينهما تسمى الرابطة الأيونية. في الرابطة الأيونية، القوة المؤثرة بين الأيونات هي قوة كولوم وهي عكس النسبة للسماحية الوسط. السماحية النسبية للماء هي 80 عند 20ودرجة مئوية. لذا، عندما يتم إذابة أي مادة متشابكة أيونياً في الماء، تصبح قوة الرابطة بين الأيونات أضعف بكثير وبالتالي تنقسم جزيئاتها إلى كايتونات وأنيونات تتحرك بحرية في المحلول.

الآن سنغمر قضيبين معدنيين في المحلول وسنطبق فرق جهد كهربائي بين القضيبين خارجياً بواسطة بطارية.

يُشار إلى القضيبين المغمورين جزئياً تقنياً باسم الكهربائيات. الكهربائية المتصلة بالطرف السلبي للبطارية تسمى الكاثود والكهربائية المتصلة بالطرف الموجب للبطارية تسمى الأنود. الأيونات الموجبة المتحركة بحرية تنجذب نحو الكاثود والأيونات السالبة تنجذب نحو الأنود. في الكاثود، تأخذ الأيونات الموجبة الإلكترونات من الكاثود السالب وفي الأنود، تمنح الأيونات السالبة الإلكترونات للأنود الموجب. لاستمرار اخذ وإعطاء الإلكترونات في الكاثود والأنود على التوالي، يجب أن يكون هناك تدفق للإلكترونات في الدائرة الخارجية للتحليل الكهربائي. هذا يعني أن التيار يستمر في التدفق حول الحلقة المغلقة التي تم إنشاؤها بواسطة البطارية والتحليل الكهربائي والكهربائيات. هذا هو المبدأ الأساسي الأكثر أساسية للتحليل الكهربائي.

تحليل كبريتات النحاس

عندما يتم إضافة كبريتات النحاس أو CuSO4 إلى الماء، فإنه يذوب في الماء. بما أن CuSO4 هو محلول كهربائي، فإنه ينقسم إلى Cu+ + (كايتون) و SO4 − − (أنيون) وتتحرك بحرية في المحلول.

الآن سنغمر قضيبين من النحاس في ذلك المحلول.

سيتجاذب الأيونات Cu+ + (كايتون) نحو الكاثود، أي الكهربائية المتصلة بالطرف السلبي للبطارية. عند الوصول إلى الكاثود، سيأخذ كل أيون Cu+ + الإلكترونات منه ويصبح ذرة نحاس محايدة.

وبالمثل، سيتم جذب الأيونات SO4 − − (أنيون) نحو الأنود، أي الكهربائية المتصلة بالطرف الموجب للبطارية. لذا ستتحرك الأيونات SO4 − − نحو الأنود حيث ستتخلى عن إلكترونين وتصبح SO4 راديكالية.

ولكن بما أن الراديكالية SO4 لا يمكن أن توجد في حالة الكهربائية المحايدة، فستهاجم الأنود النحاسي وستشكل كبريتات النحاس.

في العملية أعلاه، بعد أخذ الإلكترونات، يتم ترسيب الذرات المحايدة للنحاس على الكاثود. في نفس الوقت، تتفاعل SO4 مع الأنود النحاسي وتصبح CuSO4 ولكن في الماء لا يمكن أن توجد كجزيئات منفردة بدلاً من ذلك، ستنقسم CuSO4 إلى Cu+ +, SO4 − − وتذوب في الماء. لذا يمكن الاستنتاج أنه خلال تحليل كبريتات النحاس