تاریخچه ی:
الکترولیز
تفاوت با نگارش: 1
|
| |
|
| |
- | {img src=http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/show_image.php?id=20235} |
+ | {img src=img/daneshnameh_up/5/55/fffll.jpg} |
| | | | |
|
| !دید کلی | | !دید کلی |
| __رسانایی الکترولیتی__ هنگامی صورت میگیرد که یونهای الکترولیت بتوانند آزادانه حرکت کنند، چون در این مورد ، یونها هستند که بار الکتریکی را حمل میکنند. به همین دلیل است که رسانش الکترولیتی ، اساسا توسط ((نمکهای مذاب)) و محلولهای آبی الکترولیتها صورت میگیرد. علاوه بر این ، برای تداوم جریان در یک رسانای الکترولیتی ، لازم است که حرکت یونها با تغییر شیمیایی همراه باشد. | | __رسانایی الکترولیتی__ هنگامی صورت میگیرد که یونهای الکترولیت بتوانند آزادانه حرکت کنند، چون در این مورد ، یونها هستند که بار الکتریکی را حمل میکنند. به همین دلیل است که رسانش الکترولیتی ، اساسا توسط ((نمکهای مذاب)) و محلولهای آبی الکترولیتها صورت میگیرد. علاوه بر این ، برای تداوم جریان در یک رسانای الکترولیتی ، لازم است که حرکت یونها با تغییر شیمیایی همراه باشد. |
| !اصول رسانش الکترولیتی | | !اصول رسانش الکترولیتی |
- | این اصول رسانش الکترولیتی با بررسی الکترولیز __NaCl__ مذاب بین الکترودهای بیاثر بهتر متصور میگردد. منبع جریان ، ((الکترون|الکترونها)) را به الکترود سمت چپ میراند. بنابراین ، میتوان گفت که این الکترود ، بار منفی پیدا میکند. این الکترونها ، از الکترود مثبت سمت راست کشیده میشوند. در میدان الکتریکی که بدین ترتیب بوجود میآید، یونهای سدیم ( ((آنیون کاتیون|کاتیونها)) ) به طرف قطب منفی ( ((آندو کاتد|کاتد)) ) و یونهای کلرید ( ((آنیون کاتیون|آنیونها)) ) به طرف قطب مثبت ( ((آند و کاتد|آند)) ) جذب میشوند.
در رسانش الکترولیتی ، بار الکتریکی بوسیله کاتیونها که به طرف کاتد و بوسیله آنیونها که در جهت عکس ، به طرف آند حرکت میکنند، حمل میشود. برای آنکه یک مدار کامل تشکیل شود، حرکت یونها باید با واکنشهای الکترودی همراه باشد. در کاتد ، اجزای شیمیایی معینی ( که لازم نیست حتما حامل بار باشند ) باید الکترونها را بپذیرند و کاهیده شوند و در آند ، الکترونها باید از اجزای شیمیایی معینی جدا شده ، در نتیجه آن اجزا ((اکسیداسیون-احیا|اکسید)) شوند.
یونهای سدیم در کاتد کاهیده میشوند:
|
+ | این اصول رسانش الکترولیتی با بررسی الکترولیز __NaCl__ مذاب بین الکترودهای بیاثر بهتر متصور میگردد. منبع جریان ، ((الکترون|الکترونها)) را به الکترود سمت چپ میراند. بنابراین ، میتوان گفت که این الکترود ، بار منفی پیدا میکند. این الکترونها ، از الکترود مثبت سمت راست کشیده میشوند. در میدان الکتریکی که بدین ترتیب بوجود میآید، یونهای سدیم ( ((آنیون و کاتیون|کاتیونها)) ) به طرف قطب منفی ( ((آند و کاتد|کاتد)) ) و یونهای کلرید ( ((آنیون و کاتیون|آنیونها)) ) به طرف قطب مثبت ( ((آند و کاتد|آند)) ) جذب میشوند.
در رسانش الکترولیتی ، بار الکتریکی بوسیله کاتیونها که به طرف کاتد و بوسیله آنیونها که در جهت عکس ، به طرف آند حرکت میکنند، حمل میشود. برای آنکه یک مدار کامل تشکیل شود، حرکت یونها باید با واکنشهای الکترودی همراه باشد. در کاتد ، اجزای شیمیایی معینی ( که لازم نیست حتما حامل بار باشند ) باید الکترونها را بپذیرند و کاهیده شوند و در آند ، الکترونها باید از اجزای شیمیایی معینی جدا شده ، در نتیجه آن اجزا ((اکسیداسیون-احیا|اکسید)) شوند.
یونهای سدیم در کاتد کاهیده میشوند:
|
| ~~green:::__Na+ + e→Na__::~~ | | ~~green:::__Na+ + e→Na__::~~ |
| یونهای کلرید در آند ، اکسید میشوند:
| | یونهای کلرید در آند ، اکسید میشوند:
|
| ~~green:::__2Cl-→Cl2 + 2e__::~~ | | ~~green:::__2Cl-→Cl2 + 2e__::~~ |
| از جمع این دو معادله جزئی ، واکنش کلی سلول بدست میآید:
| | از جمع این دو معادله جزئی ، واکنش کلی سلول بدست میآید:
|
| ~~green:::__(2NaCl(l)→2Na(l) + Cl2(g__::~~ | | ~~green:::__(2NaCl(l)→2Na(l) + Cl2(g__::~~ |
| !مسیر جریان الکترونها در الکترولیز | | !مسیر جریان الکترونها در الکترولیز |
| الکترونها از منبع جریان خارج شده ، به طرف کاتد روانه میشوند. در آنجا یونهای سدیمی که به طرف این الکترود منفی جذب شدهاند، الکترونها را میگیرند و کاهیده میشوند. یونهای کلرید از کاتد دور و به آند کشیده میشوند و در نتیجه ، بار منفی را در این جهت حمل میکنند. در آند ، الکترونها از یونهای کلرید جدا شده ، بوسیله منبع جریان به طرف خارج سلول رانده میشوند، بدین طریق ، مدار کامل میشود. البته ، یونهای کلرید با از دست دادن الکترون اکسید شده ، بهصورت گاز کلر درمیآیند. | | الکترونها از منبع جریان خارج شده ، به طرف کاتد روانه میشوند. در آنجا یونهای سدیمی که به طرف این الکترود منفی جذب شدهاند، الکترونها را میگیرند و کاهیده میشوند. یونهای کلرید از کاتد دور و به آند کشیده میشوند و در نتیجه ، بار منفی را در این جهت حمل میکنند. در آند ، الکترونها از یونهای کلرید جدا شده ، بوسیله منبع جریان به طرف خارج سلول رانده میشوند، بدین طریق ، مدار کامل میشود. البته ، یونهای کلرید با از دست دادن الکترون اکسید شده ، بهصورت گاز کلر درمیآیند. |
| !عوامل موثر بر رسانش الکترولیتی | | !عوامل موثر بر رسانش الکترولیتی |
| از آنچه گفته شد، مشخص میشود که رسانش الکترولیتی به ((تحرک یونی|تحرک یونها)) مربوطه میشود و هر چیز که این یونها را از حرکت باز دارد، موجب ایجاد مقاومت در برابر جریان میشود. عواملی که بر رسانش الکترولیتی محلولهای ((الکترولیت)) اثر دارند، عبارتند از: جاذبههای بین یونی ، حلالپوشی یونها و گرانروی حلال. این عوامل بهترتیب به جاذبههای بین ذرات ماده حل شده ، جاذبههای بین ذرات حلال و ماده حل شده و جاذبههای بین ذرات حلال مربوط میشوند.
انرژی جنبشی متوسط یونهای ماده حل شده با افزایش ((دما)) زیاد میشود. و بنابراین ، مقاومت رساناهای الکترولیتی بهطور کلی با افزایش دما کاهش مییابد (یعنی رسانایی زیاد میشود). بهعلاوه ، اثر هر یک از سه عامل مذکور با زیاد شدن دما ، کم میشود.
باید توجه داشته باشیم که در هر زمان ، تمام قسمتهای محلول الکترولیت از نظر خنثی میماند، زیرا بار مثبت کلی همه کاتیونها برابر با بار منفی همه آنیونها است. | | از آنچه گفته شد، مشخص میشود که رسانش الکترولیتی به ((تحرک یونی|تحرک یونها)) مربوطه میشود و هر چیز که این یونها را از حرکت باز دارد، موجب ایجاد مقاومت در برابر جریان میشود. عواملی که بر رسانش الکترولیتی محلولهای ((الکترولیت)) اثر دارند، عبارتند از: جاذبههای بین یونی ، حلالپوشی یونها و گرانروی حلال. این عوامل بهترتیب به جاذبههای بین ذرات ماده حل شده ، جاذبههای بین ذرات حلال و ماده حل شده و جاذبههای بین ذرات حلال مربوط میشوند.
انرژی جنبشی متوسط یونهای ماده حل شده با افزایش ((دما)) زیاد میشود. و بنابراین ، مقاومت رساناهای الکترولیتی بهطور کلی با افزایش دما کاهش مییابد (یعنی رسانایی زیاد میشود). بهعلاوه ، اثر هر یک از سه عامل مذکور با زیاد شدن دما ، کم میشود.
باید توجه داشته باشیم که در هر زمان ، تمام قسمتهای محلول الکترولیت از نظر خنثی میماند، زیرا بار مثبت کلی همه کاتیونها برابر با بار منفی همه آنیونها است. |
| |
- | {img src=http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/show_image.php?id=20236} |
+ | {img src=img/daneshnameh_up/f/ff/BROWNLEE2.jpg} |
| | | | |
|
| !استوکیومتری الکترولیز | | !استوکیومتری الکترولیز |
| روابط کمی میان الکتریسیته و تغییر شیمیایی برای نخستین بار در سالهای 1832 و 1833 بوسیله "__((مایکل فارادی))__" بیان شد. برای درک کار __فارادی__ ، بهترین راه مراجعه به نیم واکنشهایی است که به هنگام عمل الکترولیز صورت میگیرد. به هنگام الکترولیز سدیم کلرید مذاب ، تغییر در کاتد:
| | روابط کمی میان الکتریسیته و تغییر شیمیایی برای نخستین بار در سالهای 1832 و 1833 بوسیله "__((مایکل فارادی))__" بیان شد. برای درک کار __فارادی__ ، بهترین راه مراجعه به نیم واکنشهایی است که به هنگام عمل الکترولیز صورت میگیرد. به هنگام الکترولیز سدیم کلرید مذاب ، تغییر در کاتد:
|
| ~~green:::__Na+ + e→Na__::~~ | | ~~green:::__Na+ + e→Na__::~~ |
| نشان میدهد که برای تولید یک اتم ((سدیم)) ، یک الکترون لازم است. پس برای تولید یک مول سدیم فلزی ( 22.9898g Na ) ، یک مول الکترون ( عدد آووگادرو الکترون ) لازم است. مقدار بار معادل با یک مول الکترون ، __فارادی (F)__ نامیده میشود. یک فارادی برابر با 96485 کولن است که برای مسائل معمولی ، آن را گرد کرده، برابر با 96500C در نظر میگیریم:
| | نشان میدهد که برای تولید یک اتم ((سدیم)) ، یک الکترون لازم است. پس برای تولید یک مول سدیم فلزی ( 22.9898g Na ) ، یک مول الکترون ( عدد آووگادرو الکترون ) لازم است. مقدار بار معادل با یک مول الکترون ، __فارادی (F)__ نامیده میشود. یک فارادی برابر با 96485 کولن است که برای مسائل معمولی ، آن را گرد کرده، برابر با 96500C در نظر میگیریم:
|
| ::__1F=96500C__:: | | ::__1F=96500C__:: |
| اگر 2F الکتریسیته مصرف شود، 2 مول Na تولید میشود. در همان زمان که عده الکترونهایی معادل 1F الکتریسیته به کاتد اضافه شود، همان عده الکترون از آند جدا میشود:
| | اگر 2F الکتریسیته مصرف شود، 2 مول Na تولید میشود. در همان زمان که عده الکترونهایی معادل 1F الکتریسیته به کاتد اضافه شود، همان عده الکترون از آند جدا میشود:
|
| ~~green:::__2Cl→Cl2(g) + 2e__::~~ | | ~~green:::__2Cl→Cl2(g) + 2e__::~~ |
| نتیجه جدا شدن 1mol الکترون (1F) از آند ، تخلیه بار یک مول یون -Cl و تولید 0.5mol گاز کلر است. اگر 2F الکتریسیته در سلول جریان یابد، 2 مول یون تخلیه میشود و 1mol گاز Cl2 آزاد میشود. بنابراین واکنشهای الکترودی را میتوان بر حسب مول و فارادی تفسیر کرد. مثلا ، اکسایش آندی یون هیدروکسید:
| | نتیجه جدا شدن 1mol الکترون (1F) از آند ، تخلیه بار یک مول یون -Cl و تولید 0.5mol گاز کلر است. اگر 2F الکتریسیته در سلول جریان یابد، 2 مول یون تخلیه میشود و 1mol گاز Cl2 آزاد میشود. بنابراین واکنشهای الکترودی را میتوان بر حسب مول و فارادی تفسیر کرد. مثلا ، اکسایش آندی یون هیدروکسید:
|
| ~~green:::__4OH-→O2(g) + 2H2O + 4e__::~~ | | ~~green:::__4OH-→O2(g) + 2H2O + 4e__::~~ |
| را میتوان این طور بیان کرد که وقتی 4F الکتریسیته از سلول میگذرد، 4 مول یون -OH ، یک مول گاز O2 و دو مول H2O تولید میکند. روابط میان مولهای ((ماده)) و فارادی های الکتریسیته ، مبنای محاسبات استوکیومتری مربوط به الکترولیز است. به خاطر داشته باشید که یک آمپر (1A) برابر آهنگ جریان یک کولن (1C) در ثانیه است. | | را میتوان این طور بیان کرد که وقتی 4F الکتریسیته از سلول میگذرد، 4 مول یون -OH ، یک مول گاز O2 و دو مول H2O تولید میکند. روابط میان مولهای ((ماده)) و فارادی های الکتریسیته ، مبنای محاسبات استوکیومتری مربوط به الکترولیز است. به خاطر داشته باشید که یک آمپر (1A) برابر آهنگ جریان یک کولن (1C) در ثانیه است. |
| !مباحث مرتبط با عنوان | | !مباحث مرتبط با عنوان |
| *((اکسیداسیون-احیا)) | | *((اکسیداسیون-احیا)) |
| *((الکتروشیمی)) | | *((الکتروشیمی)) |
| *((الکترولیت)) | | *((الکترولیت)) |
| *((الکترولیز آب)) | | *((الکترولیز آب)) |
| *((الکتریسیته)) | | *((الکتریسیته)) |
| *((پیل الکتروشیمیایی)) | | *((پیل الکتروشیمیایی)) |
| *((خوردگی فلزات)) | | *((خوردگی فلزات)) |
| *((قوانین الکترولیز فارادی)) | | *((قوانین الکترولیز فارادی)) |
| *((کاربردهای الکترولیز)) | | *((کاربردهای الکترولیز)) |