قاسم معتمدی
عضو جدید
عنوان آزمایش: :بررسی تأثیر عوامل مختلف بر الکترولیز
چکیده:
دراین آزمایش محلول الکترولیتی از16گرم(0.5M)یا 3.2گرم یا(0.1 M) سولفات مس و1ccاسیدسولفوریک غلیظبا آب مقطر با حجم 200cc تهیه شد.دو الکترود مس کاتدی وسرب آندی دردوطرف بشر روبروی یکدیگرقرار داده شدند و مس به قطب منفی وسرب به قطب مثبت پیل گالوانیکی وصل شدندو واکنش الکترولیز انجام گرفت و افزایش وزن کاتد تعیین شد. در پایان اثر عوامل مختلف ولتاژ،زمان و دما بر روی واکنش الکترولیزبررسی شد.
کلمات کلیدی:الکترولیز،الکترود،الکترولیت ،آند،کاتد،ولتاژ،زمان ،دما
مقدمه:
الکترولیز
رسانایی الکترولیتیهنگامی صورت میگیرد که یونهایالکترولیت بتوانند آزادانه حرکت کنند، چون در این مورد ، یونها هستند که بارالکتریکی را حمل میکنند. به همین دلیل است که رسانش الکترولیتی ، اساسا توسطنمکهایمذابو محلولهای آبی الکترولیتها صورت میگیرد. علاوه بر این ، برای تداومجریان در یک رسانای الکترولیتی ، لازم است که حرکت یونها با تغییر شیمیایی همراهباشد.
اصول رسانش الکترولیتی
این اصول رسانش الکترولیتی با بررسی الکترولیز NaCl مذاب بین الکترودهای بیاثر بهتر متصور میگردد. منبع جریان ،الکترونهارا به الکترود سمت چپ میراند. بنابراین ، میتوان گفت که این الکترود ، بار منفیپیدا میکند. این الکترونها ، از الکترود مثبت سمت راست کشیده میشوند. در میدانالکتریکی که بدین ترتیب بوجود میآید، یونهای سدیم ( کاتیونها ) به طرف قطب منفی ( کاتد ) و یونهای کلرید ( آنیونها ) به طرف قطب مثبت ( آندجذب میشوند.
در رسانش الکترولیتی ، بار الکتریکی بوسیله کاتیونها که بهطرف 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 همراهباشد. در کاتد ، اجزای شیمیایی معینی ( که لازم نیست حتما حامل بار باشند ) بایدالکترونها را بپذیرند و کاهیده شوند و در آند ، الکترونها باید از اجزای شیمیاییمعینی جدا شده ، در نتیجه آن اجزااکسیدشوند.
یونهای سدیم در کاتد کاهیده میشوند:
Na+ + e→Na
یونهای کلرید درآند ، اکسید میشوند:
2Cl-→Cl2 + 2e
ازجمع این دو معادله جزئی ، واکنش کلی سلول بدست میآید:
(2NaCl(l)→2Na(l) + Cl2(g
مسیر جریان الکترونها در الکترولیز
الکترونها از منبع جریان خارج شده ، بهطرف کاتد روانه میشوند. در آنجا یونهای سدیمی که به طرف این الکترود منفی جذبشدهاند، الکترونها را میگیرند و کاهیده میشوند. یونهای کلرید از کاتد دور و بهآند 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 راندهمیشوند، بدین طریق ، مدار کامل میشود. البته ، یونهای کلرید با از دست دادنالکترون اکسید شده ، بهصورت گاز کلر درمیآیند.
عوامل موثر بر رسانش الکترولیتی
از آنچه گفته شد، مشخص میشود که رسانشالکترولیتی بهتحرکیونهامربوطه میشود و هر چیز که این یونها را از حرکت باز دارد، موجب ایجادمقاومت در برابر جریان میشود. عواملی که بر رسانش الکترولیتی محلولهایالکترولیتاثر دارند، عبارتند از: جاذبههای بین یونی ، حلالپوشی یونها و گرانروی حلال. اینعوامل بهترتیب به جاذبههای بین ذرات ماده حل شده ، جاذبههای بین ذرات حلال وماده حل شده و جاذبههای بین ذرات حلال مربوط میشوند.
انرژی جنبشی متوسطیونهای ماده حل شده با افزایشدمازیاد میشود. و بنابراین، مقاومت رساناهای الکترولیتی بهطور کلی با افزایش دما کاهش مییابد (یعنی رساناییزیاد میشود). بهعلاوه ، اثر هر یک از سه عامل مذکور با زیاد شدن دما ، کممیشود.
باید توجه داشته باشیم که در هر زمان ، تمام قسمتهای محلولالکترولیت از نظر خنثی میماند، زیرا بار مثبت کلی همه کاتیونها برابر با بار منفیهمه آنیونها است.
استوکیومتری الکترولیز
روابط کمی میان الکتریسیته و تغییر شیمیایی براینخستین بار در سالهای 1832 و 1833 بوسیله "مایکلفارادی" بیان شد. برای درک کارفارادی، بهترین راه مراجعه به نیمواکنشهایی است که به هنگام عمل الکترولیز صورت میگیرد. به هنگام الکترولیز سدیمکلرید مذاب ، تغییر در کاتد:
Na+ + e→Na
نشان میدهد کهبرای تولید یک اتمسدیم، یک الکترون لازماست. پس برای تولید یک مول سدیم فلزی ( 22.9898g Na ) ، یک مول الکترون ( عددآووگادرو 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
اگر 2F الکتریسیته مصرف شود، 2 مول Na تولید میشود. در همان زمان که عده الکترونهایی معادل 1F الکتریسیته به کاتد اضافهشود، همان عده الکترون از آند جدا میشود:
2Cl→Cl2(g) + 2e
نتیجه جداشدن 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 میشودو 1mol گاز Cl2 آزاد میشود. بنابراین واکنشهای الکترودی را میتوان برحسب مول و فارادی تفسیر کرد. مثلا ، اکسایش آندی یون هیدروکسید:
4OH-→O2(g) + 2H2O + 4e
را میتوان این طور بیان کرد که وقتی 4F الکتریسیته از سلولمیگذرد، 4 مول یون-OH ، یک مول گاز O2 و دو مول H2O تولید میکند. روابط میان مولهایمادهو فارادی هایالکتریسیته ، مبنای محاسبات استوکیومتری مربوط به الکترولیز است. به خاطر داشتهباشید که یک آمپر (1A) برابر آهنگ جریان یک کولن (1C) در ثانیه است.