עקרון האלקטרוליזה של חומצה סולפורית נחושת

אלקטרוליזה

אלקטרוליזה היא תהליך אלקטרוכימי שבו זרם עובר מאלקטרודה אחת לאחרת בפתרון מינרלי שהוא אלקטרוליט. בתהליך זה, יונים חיוביים או קטיונים מגיעים לאלקטרודה השלילית או הקתוד, ויונים שליליים או אניאונים מגיעים לאלקטרודה החיובית או האנוד.

לפני שנבין את עקרון האלקטרוליזה, עלינו לדעת מהו אלקטרוליט או הגדרת אלקטרוליט

הגדרת אלקטרוליט

אלקטרוליט הוא חומר כימי שאטומים שלו מחוברים חזק באמצעות קשרי יון, אך כאשר ממסים אותו במים, מולקולותיו מתפצלות ליונים חיוביים ושליליים. היונים החיוביים מכונים קטיונים והיונים השליליים מכונים אניאונים. שני סוגי היונים נעים חופשי במحلول.

עקרון האלקטרוליזה

בקשרי יון, אטום אחד מאבד את האלקטרונים הערכיים שלו ואטום אחר מקבל את האלקטרונים. כתוצאה מכך, אטום אחד הופך ליון חיובי ואטום אחר הופך ליון שלילי. בשל המטען הנגדי הם מושכים זה את זה ומקלים על יצירת קשר ביניהם המכונה קשר יוני. בכוח המשיכה בין היונים פועל כוח קולומבי הפוך להחצנה של התווך. החצנה יחסית של מים היא 80 בטמפרטורה של 20oC. לכן, כאשר כל חומר כימי המקושר לקשר יוני מומס במים, חוזק הקשר בין היונים נהיה הרבה יותר חלש ולכן מולקולותיו מתפצלות לקטיונים ואניאונים הנעים חופשי במحلول.

כעת נטבול שתי قضיבות מתכת במحلول ונפעיל הבדל פוטנציאל חשמלי בין הפסים מבחוץ באמצעות בטרייה.

הפסים המטoblonski/partly-immersed rods are technically referred as electrodes. The electrode connected with the negative terminal of the battery is known as the cathode and the electrode connected with the positive terminal of the battery is known as the anode. The freely moving positively charged cations are attracted by the cathode and the negatively charged anions are attracted by the anode. In the cathode, the positive cations take electrons from the negative cathode and in the anode, the negative anions give electrons to the positive anode. For continually taking and giving electrons in the cathode and anode respectively, there must be a flow of electrons in the external circuit of the electrolytic. That means, current continues to circulate around the closed loop created by the battery, electrolytic, and electrodes. This is the most basic principle of electrolysis.

אלקטרוליזה של סולפט נחושת

כאשר מוסיפים סולפט נחושת או CuSO4 למים, הוא מתמוסס במים. כיוון שCuSO4 הוא אלקטרוליט, הוא מתפצל לCu+ + (קטיון) וSO4 − − (אניאון) יונים ונעים חופשי במحلول.

כעת נטבול שתי אלקטרודות נחושת במحلول.

היונים Cu+ + (קטיון) ימשכו לקתוד, כלומר לאלקטרודה המחוברת למינוס של הבטרייה. כשיגיעו לקתוד, כל יון Cu+ + ייקח אלקטרונים ממנו והופך לאטום נחושת ניטרלי.

באופן דומה, היונים SO4 − − (אניאון) ימשכו לאנוד, כלומר לאלקטרודה המחוברת לפלוס של הבטרייה. כך SO4 − − יזוזו לאנוד שם הם יתנו שני אלקטרונים ויהפכו לSO4 רדיקל.

אבל מכיוון שSO4 רדיקל אינו יכול להתקיים במצב חשמלי ניטרלי, הוא יתקוף את האנוד הנחושתי ויבן סולפט נחושת.

בתהליך למעלה, אחרי קבלת אלקטרונים, האטומים הנחושתיים הניטרליים מתאיצרים על הקתוד. באותו זמן, SO4 מגיב עם האנוד הנחושתי ונהיה CuSO4 אבל במים הוא אינו יכול להתקיים כמולקולות בודדות במקום זאת CuSO4 יתפצל לCu+ +, SO4 − − וימשך במים. ניתן להסיק כי, במהלך אלקטרוליזה של סולפט נחושת עם אלקטרודות נחושת, נחושת מתאיצרת על הקתוד ואותה כמות של נחושת נלקחת מהאנוד. אם במהלך אלקטרוליזה של סולפט נחושת, אנו משתמשים באלקטרודה פחמן במקום נחושת או אלקטרודות מתכת אחרות, אז