تجزیه الکتریکی: مبانی نظری الکتروشیمی

2024 نویسنده: Howard Calhoun | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 10:25

تجزیه الکتریکی نقش بسیار زیادی در زندگی ما ایفا می کند، اگرچه ما معمولاً به آن فکر نمی کنیم. با این پدیده است که هدایت الکتریکی نمک ها، اسیدها و بازها در یک محیط مایع مرتبط است. از اولین ضربان‌های قلب ناشی از الکتریسیته زنده در بدن انسان، که هشتاد درصد آن مایع است، گرفته تا ماشین‌ها، تلفن‌های همراه و بازیکنان، که باتری‌های آن‌ها اساساً باتری‌های الکتروشیمیایی هستند، تفکیک الکتریکی به‌طور نامرئی در همه جای ما وجود دارد.

در کاسه های غول پیکری که بخارات سمی از بوکسیت ذوب شده در دمای بالا منتشر می کنند، فلز "بالدار" - آلومینیوم از طریق الکترولیز به دست می آید. همه چیز در اطراف ما، از توری رادیاتور کرومی گرفته تا گوشواره‌های نقره‌کاری شده در گوش‌هایمان، یک باریا مواجهه با محلول ها یا نمک های مذاب و از این رو با این پدیده. بیهوده نیست که تفکیک الکتریکی توسط یک شاخه کامل علم - الکتروشیمی مطالعه می شود.

وقتی حل می شود، مولکول های مایع حلال با مولکول های ماده محلول وارد پیوند شیمیایی می شوند و حلولات تشکیل می دهند. در محلول های آبی، نمک ها، اسیدها و بازها بیشترین حساسیت را به تجزیه دارند. در نتیجه این فرآیند، مولکول های املاح می توانند به یون تجزیه شوند. به عنوان مثال، تحت تأثیر یک حلال آبی، یون های Na⁺ و CI^{- در بلور یونی NaCl به محیط حلال عبور می کنند. کیفیت جدید ذرات حل شده (هیدراته).}

این پدیده که اساساً فرآیند تجزیه کامل یا جزئی یک ماده محلول به یون در نتیجه عمل یک حلال است، "تجزیه الکتریکی" نامیده می شود. این فرآیند برای الکتروشیمی بسیار مهم است. این واقعیت بسیار مهم است که تفکیک سیستم های چند جزئی پیچیده با یک جریان گام به گام مشخص می شود. با این پدیده، تعداد یون‌های موجود در محلول نیز افزایش می‌یابد که مواد الکترولیتی را از غیر الکترولیتی متمایز می‌کند.

در فرآیند الکترولیز، یون‌ها جهت حرکت واضحی دارند: ذرات با بار مثبت (کاتیون‌ها) - به یک الکترود با بار منفی به نام کاتد، و یون‌های مثبت (آنیون‌ها) - به آند، الکترود با بار مخالف، جایی که آنها تخلیه می شوند. کاتیون ها احیا می شوند و آنیون ها اکسید می شوند.بنابراین، تفکیک یک فرآیند برگشت پذیر است.

یکی از ویژگی های اساسی این فرآیند الکتروشیمیایی درجه تفکیک الکترولیتی است که به صورت نسبت تعداد ذرات هیدراته به تعداد کل مولکول های ماده محلول بیان می شود. هر چه این شاخص بالاتر باشد، الکترولیت این ماده قوی تر است. بر این اساس، تمام مواد به الکترولیت های ضعیف، متوسط و قوی تقسیم می شوند.

درجه تفکیک به عوامل زیر بستگی دارد: الف) ماهیت املاح. ب) ماهیت حلال، ثابت دی الکتریک و قطبیت آن؛ ج) غلظت محلول (هرچه این شاخص کمتر باشد، درجه تفکیک بیشتر است). د) دمای محیط انحلال. به عنوان مثال، تفکیک اسید استیک را می توان با فرمول زیر بیان کرد:

CH₃COOH H⁺ + CH₃COO^-

الکترولیت های قوی تقریباً به طور غیرقابل برگشتی تجزیه می شوند، زیرا محلول آبی آنها حاوی مولکول های اصلی و یون های غیرهیدراته نیست. همچنین باید اضافه کرد که کلیه موادی که دارای پیوندهای شیمیایی قطبی یونی و کووالانسی هستند در معرض فرآیند تفکیک قرار می گیرند. نظریه تفکیک الکترولیتی توسط فیزیکدان و شیمیدان برجسته سوئدی اسوانته آرنیوس در سال 1887 فرموله شد.