قوانين فاراداي للتحليل الكهربي

أنشأ العالم مايكل فاراداي مجموعة من البقوانين الفيزيائية لغرض خدمة التحليل الكهربائي ، وقد استند فيها لبعض الأبحاث والتجارب الكهروكيميائية للتعرف على ما هي الكهرباء وكذلك على طرق إنتاج الكهرباء ، ووفقًا للتغيرات الكيميائية الناجمة عن العمليات الكهربائية تم وضع القانون الفيزيائي المسمى بقانون فارادي .

التحليل الكهربائي

عملية يستخدم فيها تيار على خلية يؤدي إلى تفاعل كيميائي فيها ولا يحدث التفاعل تلقائيًا في هذه الحالة وتعرف الخلية بالخلية الكربائية .

مسائل فاراداي كيمياء

المثال الأول

قم بتمرير تيار كهربائي شدة (10.4 أمبير) ، لمدة تصل إلى 23 دقيقة ، مع يوديد البوتاسيوم المنصهر. احسب كتلة المواد التي قد تتجمع في القطبين ، مع العلم أن الكتلة الذرية لليود (127 جم / مول) ، والبوتاسيوم (39.1 جم / مول) .

الحل: من خلال قانون فاراداي الأول ، نحسب كتلة عناصر اليود والبوتاسيوم المترسبة في الأقطاب الكهربائية على النحو التالي: الكتلة المولية لليود تساوي ((2 × 127) × (10.4) × (23 × 60)) / (2 × 96500) = 18.89 جرام .

الكتلة المولية للبوتاسيوم تساوي (39.1 × 10.4 × 23 × 60) / (1 × 96500) = 5.8 جرام .

المثال الثاني

احسب الوقت الكافي لترسيب (2.16 جرام) من العنصر الفضي عندما يمر تيار كهربائي بمحلول نترات الفضة ذو القوة (32 أمبير) ، مع العلم أن الكتلة الذرية للفضة تساوي (108 جرام / مول)؟ .

الحل: كتلة الفضة التفاعلية تساوي (M x الوقت الحالي x) / (z x F) .

وبالتالي فإن الوقت اللازم يساوي (كتلة المادة المتفاعلة x z × F) / (الكتلة المولية الحالية x) وهذه القيمة تساوي عدديًا (2.16 × 1 × 96500) / (102 × 32) = 60.31 ثانية .

قانون فاراداي

القانون الاول في التحليل الكهربائي

“إن كتلة المادة المستهلكة (التفاعلية) أو المنتجة في القطب أثناء التحليل الكهربائي تتناسب مع كمية الكهرباء التي تمر عبر خلية التحليل .”

يتم قياس كمية الكهرباء (Q) في وحدة تسمى colum ، والتي تعبر عن عدد الأمبيرات (شدة التيار) التي تمر بها وحدة الزمن .

القانون الثاني في التحليل الكهربائي

“إن كتل المواد المنتجة أو المستهلكة تتناسب مع كتلتها أو وزنها المكافئ عندما تمر الإلكتروليت عندما تمر نفس الكمية من الكهرباء إلى المحلول .”

تطبيقات التحليل الكهربائي

تحضير هيدروكسيد الصوديوم

تبلغ قابلية ذوبان كلوريد الصوديوم في الماء 36.6 جم / 100 غرام من الماء عند 30 درجة مئوية ، وهذا يعني أن تركيز المحلول المشبع من كلوريد الصوديوم يبلغ حوالي 6.2 مول / لتر .

عندما يذوب كلوريد الصوديوم في الماء ، فإنه يذوب ، كما في المعادلة :

في الكاثود: (الكاثود) الكاتيونات الصوديوم + Na والجهد الخفض القطبي لها -2.74 فولت والماء H2O والجهد الحد من القطبية للمياه في حلول محايدة -0.41 فولت .

يحدث الاختزال في الماء لأنه أسهل في التقليل من كاتيونات الصوديوم (من المرجح أن يكتسب الماء إلكترونات أكثر من قيم جهد الاختزال) .

عند القطب الموجب

(القطب الموجب) يوجد أنيونات كلوريد كلوريد الكيلو متر ويبلغ جهد اختزال أنيون الكلوريد في المحلول المشبع حوالي 1.3 فولت. أيضا ، هناك المياه وإمكانية الحد من أكسدة المياه في وسط محايد ما يقرب من 0.815 فولت .

من المتوقع أن تحدث الأكسدة في الماء لأن احتمال تقليلها أقل ، لكن ما يحدث في الممارسة العملية هو أن كلوريد الأنيونات (-Cl)

يتأكد  ويصعد غاز الكلور في الأنود. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن الأكسجين مستقطب على قطب الجرافيت ، وهذا يتطلب رفع الفرق المحتمل بحيث يمكن أكسدة الماء ، وهذه الزيادة تؤدي إلى رفع الجهد اللازم لأكسدة الماء (كمية الجهد تسمى القيمة الزائدة عن الجهد المتوقع ما يزيد عن الجهد المطلوب لأكسدة الكلوريد ، وبالتالي يتأكسد الكلوريد أولاً ، ويزيد غاز الكلور .

عند استخدام كاثود الزئبق بدلاً من كاثود الكربون يحدث ما يلي :

  •  يتم تحويل كاتيونات الصوديوم إلى ذرات الصوديوم بدلاً من تقليل الماء ، وذلك بسبب ما يلي :
    يشكل الزئبق والصوديوم سبيكة مستقرة للحرارة تسمى ملغم الصوديوم .
    لتكوين هذه السبائك ، يرفع القطب الزئبقي جهد تقليل الصوديوم من – 2.71 فولت إلى – 1.00 فولت ، وفي الوقت نفسه يقلل الجهد المنخفض الماء من – 0.41 فولت إلى – 1.10 فولت ، مما يقلل من كاتيونات الصوديوم إلى ذرات الصوديوم ، حيث يذوبون في الزئبق ، ويشكلون ملغم. ولا تتفاعل هذه السبائك مع الماء طالما ظل الحقل الكهربائي متأثرًا .
  •  يتم دفع ملغم الصوديوم إلى حاوية أخرى من الماء. يتفاعل الصوديوم الموجود في الملغم مع الماء ، مكونًا محلول هيدروكسيد الصوديوم وغاز الهيدروجين ، ويتم فصل الزئبق الذي يعاد استخدامه في الخلية مرة أخرى .
  •  يتم نقل المحلول إلى أواني الحديد المصبوب ، ويتم تبخير الماء منه ، لذلك نحصل على هيدروكسيد الصوديوم المنصهر حتى يتبقى ، ونحصل على هيدروكسيد الصوديوم النقي في حالة صلبة .

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى