التفكك الكهربائي: الأسس النظرية للكيمياء الكهربية

2024 مؤلف: Howard Calhoun | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-17 10:18

يلعب الفصل الكهربائي دورًا كبيرًا في حياتنا ، على الرغم من أننا عادة لا نفكر فيه. مع هذه الظاهرة ترتبط الموصلية الكهربائية للأملاح والأحماض والقواعد في وسط سائل. من أول دقات القلب التي تسببها الكهرباء "الحية" في جسم الإنسان ، والتي تتكون من ثمانين بالمائة من السائل ، إلى السيارات والهواتف المحمولة واللاعبين ، والتي تعد بطارياتها في الأساس بطاريات كهروكيميائية ، التفكك الكهربائي موجود بشكل غير مرئي في كل مكان بالقرب منا.

في الأحواض العملاقة التي تنبعث منها أبخرة سامة من البوكسيت المذاب في درجات حرارة عالية ، يتم الحصول على المعدن "المجنح" - الألمنيوم عن طريق التحليل الكهربائي. كل شيء من حولنا ، من شبكات المبرد المطلية بالكروم إلى الأقراط المطلية بالفضة في آذاننا ، مرة واحدةأو واجهتها محاليل أو أملاح ذائبة ، ومن هنا جاءت هذه الظاهرة. لا عجب أن تتم دراسة التفكك الكهربائي من قبل فرع كامل من العلوم - الكيمياء الكهربية.

عند الذوبان ، تدخل جزيئات سائل المذيب في رابطة كيميائية مع جزيئات المادة الذائبة ، مكونة مواد مذابة. في محلول مائي ، تكون الأملاح والأحماض والقواعد أكثر عرضة للانفصال. نتيجة لهذه العملية ، يمكن أن تتحلل جزيئات الذائبة إلى أيونات. على سبيل المثال ، تحت تأثير مذيب مائي ، يمر Na⁺و CI^{-أيونات في بلورة كلوريد الصوديوم إلى وسط المذيب في جودة جديدة من الجسيمات المذابة (الرطبة).}

هذه الظاهرة ، التي هي في الأساس عملية التحلل الكامل أو الجزئي للمادة الذائبة إلى أيونات نتيجة لعمل المذيب ، تسمى "التفكك الكهربائي". هذه العملية مهمة للغاية للكيمياء الكهربية. من الأهمية بمكان حقيقة أن تفكك الأنظمة المعقدة متعددة المكونات يتميز بالتدفق التدريجي. مع هذه الظاهرة ، هناك أيضًا زيادة حادة في عدد الأيونات في المحلول ، وهو ما يميز المواد الإلكتروليتية عن غير الإلكتروليتية.

في عملية التحليل الكهربائي ، يكون للأيونات اتجاه واضح للحركة: جزيئات ذات شحنة موجبة (كاتيونات) - إلى قطب سالب الشحنة ، يسمى الكاثود ، والأيونات الموجبة (الأنيونات) - إلى القطب الموجب ، و قطب كهربائي بشحنة معاكسة ، حيث يتم تفريغها. يتم تقليل الكاتيونات وتتأكسد الأنيونات.لذلك ، فإن التفكك هو عملية قابلة للعكس.

إحدى الخصائص الأساسية لهذه العملية الكهروكيميائية هي درجة التفكك الإلكتروليتي ، والتي يتم التعبير عنها كنسبة عدد الجسيمات المائية إلى العدد الإجمالي لجزيئات المادة الذائبة. كلما ارتفع هذا المؤشر ، زادت قوة الإلكتروليت في هذه المادة. على هذا الأساس ، تنقسم جميع المواد إلى إلكتروليتات ضعيفة ومتوسطة القوة وقوية.

درجة التفكك تعتمد على العوامل التالية: أ) طبيعة المذاب. ب) طبيعة المذيب وثابته العازلة وقطبته ؛ ج) تركيز المحلول (كلما انخفض هذا المؤشر ، زادت درجة التفكك) ؛ د) درجة حرارة الوسط المذاب. على سبيل المثال ، يمكن التعبير عن تفكك حمض الأسيتيك بالصيغة التالية:

CH₃COOH H⁺+ CH₃COO^-

تنفصل الإلكتروليتات القوية بشكل لا رجوع فيه تقريبًا ، نظرًا لأن محلولها المائي لا يحتوي على الجزيئات الأصلية والأيونات غير المائية. يجب أيضًا إضافة أن جميع المواد التي لها نوع قطبي أيوني وتساهمي من الروابط الكيميائية تخضع لعملية التفكك. تمت صياغة نظرية التفكك الكهربي من قبل الفيزيائي والكيميائي السويدي البارز Svante Arrhenius في عام 1887.