آموزش های پایه ای برق, مقالات
اصول الکترولیز/ الکترولیت سولفات مس
دی
در این مقاله قصد داریم در مورد الکترولیزه و اصول آن صحبت کنیم.
فهرست مطالب
1- الکترولیز
1-1- تعریف الکترولیت
2- اصول الکترولیز
3- اصول الکترولیز سولفات مس
————————————————–
1- الکترولیز
اصول الکترولیز یک فرایند الکتروشیمیایی‌است که توسط آن جریان از یک الکترود به الکترود دیگر در محلول یونیزه‌شده که یک الکترولیت‌است عبور می‌کند.
در این فرآیند ، یونها مثبت یا کاتیونهای مثبت به الکترود یا کاتد منفی می‌آیند و یونهای منفی یا آنیونهای منفی به الکترود یا آند مثبت می‌روند.
قبل از درک اصل الکترولیز ، باید بدانیم الکترولیت یا تعریف الکترولیت چیست.
1-1- تعریف الکترولیت
الکترولیت یک ماده شیمیایی‌است که اتمهای آن باپیوند یونی بهم چسبیده‌است ، اما وقتی آن را در آب حل کنیم ، مولکول‌های آن به یونهای مثبت و منفی تقسیم می‌شوند.
یون های با بار مثبت به عنوان کاتیونها شناخته‌می‌شوند در حالیکه یونهای با بار منفی به عنوان آنیونها شناخته‌می‌شوند. هر دو کاتیون و آنیون آزادانه در محلول حرکت می‌کنند.
————————————————–
2- اصول الکترولیز
در پیوندهای یونی ، یک اتم الکترونهای خود را از دست می‌دهد و اتم دیگر الکترونها را بدست می‌آورد. در نتیجه ، یک اتم به یون با بار مثبت تبدیل می‌شود و اتم دیگر به یک یون با بار منفی تبدیل‌می‌شود. به دلیل بار مخالف ، هر دو یکدیگر را به خود جذب‌می‌کنند و بین آنها اتصال پیوندی یونی ایجاد می‌کنند. در پیوند یونی ، نیرویی که بین یونها عمل‌می‌کند ، نیروی کولومبیک‌است که با ضریب دی الکتریک آب متناسب‌است. میزان ضریب دی التکریک آب در دمای 20 درجه سانتیگراد 80است. بنابراین ، هنگامی که هر ماده شیمیایی پیوندی یونی در آب حل‌شود ، استحکام پیوند بین یونها بسیار ضعیف‌تر می‌شود و از این رو مولکول‌های آن به کاتیون ها و آنیون ها تقسیم می‌شوند و آزادانه در محلول حرکت‌می‌کنند.
الکترولیت
الکترولیت
حال ما دو میله فلزی را در محلول غوطه ور می‌کنیم و اختلاف پتانسیل الکتریکی بین میله‌های خارجی را توسط یک باتری اعمال خواهیم کرد.
الکترولیز
این میله‌های نیمه غوطه ور از لحاظ فنی به عنوان الکترود شناخته‌می‌شوند. الکترود متصل به ترمینال منفی باتری به عنوان کاتد شناخته‌می‌شود و الکترود متصل به ترمینال مثبت باتری به عنوان آند شناخته‌می‌شود. کاتیونهای دارای بار مثبت که در حال حرکت هستند توسط کاتد جذب می‌شوند و آنیونهای با بار منفی توسط آند جذب می‌شوند. در کاتد ، کاتیونهای مثبت الکترونها را از کاتد منفی و در آند ، آنیونهای منفی الکترونها را به آند مثبت می‌دهند. برای گرفتن و دادن مداوم الکترونها به ترتیب در کاتد و آند ،
باید جریان الکتریسیته‌ها در مدار خارجی الکترولیتی وجود‌داشته‌باشد.
این بدان معناست که جریان در اطراف حلقه بسته ایجاد‌شده
توسط باتری ، الکترولیتی و الکترود ادامه می‌یابد. این اساسی ترین اصل الکترولیز‌است.
————————————————–
3- اصول الکترولیز سولفات مس
هرگاه سولفات مس یا CuSO4 به آب اضافه شود ، در آب حل می‌شود. از آنجا که CuSO4 یک الکترولیت‌است ،
به یون های Cu+ + (کاتیون) و SO4 − − (آنیون) تقسیم می‌شود و آزادانه در محلول حرکت می‌کند.
الکترولیت سولفات مس
الکترولیت
اکنون ما دو الکترود مس را در آن محلول فرو می‌کنیم.
یون های مس Cu+ + (کاتیون) مس به سمت کاتد یعنی الکترود متصل به ترمینال منفی باتری جذب‌می‌شوند.
با رسیدن به کاتد ، هر یون Cu+ + الکترون را از آن‌گرفته و به اتم مس خنثی تبدیل‌می‌شود.
به همین ترتیب یون های SO4 − − (آنیون) توسط آند جذب‌می‌شوند ، یعنی الکترود متصل به ترمینال مثبت باتری. بنابراین یونهای SO4 به سمت آند حرکت‌می‌کنند که در آن دو الکترون را رها‌می‌کنند و SO4 رادیکال‌می‌شوند.
اما از آنجا که رادیکال SO4 در حالت خنثی الکتریکی نمی تواند وجود داشته‌باشد ، به آند مس حمله می کند و سولفات مس تشکیل می‌دهد.
در فرایند فوق ، بعد از گرفتن الکترونها ، اتمهای مس خنثی روی کاتد قرار‌می‌گیرند. در همان زمان ، SO4 با آند مس واکنش نشان‌می‌دهد و به CuSO4 تبدیل‌می‌شود اما در آب نمی‌تواند به عنوان مولکول‌های واحد باقی بماند به جای آن CuSO4 به Cu + + ، SO4 − − تقسیم‌شود و در آب حل‌شود.
بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که در طی الکترولیز سولفات مس با الکترودهای مس ، مس روی کاتد قرار‌می‌گیرد و همین مقدار مس از آند خارج‌می‌شود. اگر در طول الکترولیز سولفات مس ، به جای مس یا سایر الکترودهای فلزی از الکترود کربن استفاده کنیم ، واکنش الکترولیز کمی متفاوت خواهد‌بود.
در واقع SO4 نمی تواند با کربن واکنش نشان‌دهد و در این حالت SO4 با آب محلول واکنش نشان‌داده و اسید سولفوریک را تشکیل‌داده و اکسیژن را آزاد می‌کند.
فرایندی که در بالا توضیح داده‌شد، به عنوان الکترولیز شناخته‌می‌شود.
مقالات مرتبط :
فرآیند یونیزاسیون و تعریف (یونیزاسیون چیست)
باتری چگونه کار می کند؟ اصول کار باتری
تاریخچه باتری
باتری‌های سری و باتری‌های موازی