أجزاء الخلية كهربائيا ، وكيف تعمل والتطبيقات

ال خلية كهربائيا هو وسيط يتم فيه استخدام الطاقة أو التيار الكهربائي لإجراء تفاعل الحد من الأكسدة غير التلقائي. وتتكون من قطبين: الأنود والكاثود.

عند حدوث الأنود (+) يحدث الأكسدة ، حيث تفقد بعض العناصر أو المركبات الإلكترونات في هذا الموقع ؛ بينما في الكاثود (-) ، فإن الاختزال ، حيث أن بعض العناصر أو المركبات تكتسب الإلكترونات.

يحدث في الخلية الإلكتروليتية تحلل بعض المواد ، المؤينة سابقًا ، من خلال عملية تعرف باسم التحليل الكهربائي..

ينتج عن تطبيق التيار الكهربائي اتجاه في حركة الأيونات في الخلية كهربائيا. أيونات موجبة الشحنة (الكاتيونات) تهاجر إلى الكاثود المسؤول (-).

وفي الوقت نفسه ، فإن الأيونات سالبة الشحنة (الأنيونات) تهاجر نحو الأنود المشحون (+). يمثل نقل الشحنة هذا تيارًا كهربائيًا (الصورة العليا). في هذه الحالة ، يتم إجراء التيار الكهربائي بواسطة محاليل إلكتروليت ، موجودة في حاوية الخلية الإلكتروليتية.

ينص قانون فاراداي للتحليل الكهربائي على أن كمية المادة التي تخضع للأكسدة أو الاختزال في كل قطب كهربائي تتناسب طرديا مع كمية الكهرباء التي تمر عبر الخلية أو الخلية.

مؤشر

• 1 أجزاء
• 2 كيف تعمل الخلية كهربائيا?
  • 2.1 التحليل الكهربائي من كلوريد الصوديوم المنصهر
  • 2.2 أسفل الخلية
• 3 تطبيقات
  • 3.1 التوليف الصناعي
  • 3.2 طلاء وتكرير المعادن
• 4 المراجع

أجزاء

تتكون خلية التحليل الكهربائي من وعاء يتم فيه ترسيب المادة التي ستختبر التفاعلات الناتجة عن الشحنة الكهربائية..

يحتوي الوعاء على زوج من الأقطاب الكهربائية المتصلة ببطارية تيار مباشر. الأقطاب الكهربائية التي تستخدم عادة هي من مادة خاملة ، أي أنها لا تتدخل في التفاعلات.

في السلسلة مع البطارية ، يمكن توصيل مقياس التيار الكهربائي لقياس شدة التيار المتدفق عبر المحلول الكهربائي. أيضا ، يتم وضع الفولتميتر بالتوازي لقياس فرق الجهد بين زوج من الأقطاب الكهربائية.

كيف تعمل الخلية كهربائيا?

التحليل الكهربائي من كلوريد الصوديوم المنصهر

يُفضل استخدام كلوريد الصوديوم المنصهر في كلوريد الصوديوم الصلب ، حيث أن هذا الأخير لا يوصل الكهرباء. تهتز الأيونات داخل بلوراتها ، لكنها ليست حرة في الحركة.

رد فعل الكاثود

يتم توصيل أقطاب الجرافيت ، وهي مادة خاملة ، بأطراف البطارية. يتم توصيل القطب إلى محطة إيجابية للبطارية ، والتي تشكل الأنود (+).

وفي الوقت نفسه ، يتم توصيل القطب الآخر إلى الطرف السلبي للبطارية ، والتي تشكل الكاثود (-). عندما يتدفق التيار القادم من البطارية ، يتم ملاحظة ما يلي:

يحدث انخفاض في Na ion في الكاثود (-)⁺, التي عندما يحصلون على الإلكترون فإنها تتحول إلى Na المعدنية:

نا⁺  +   و^-   => نا (ل)

يطفو الصوديوم المعدني الفضي الأبيض على كلوريد الصوديوم المنصهر.

تفاعل الأنود

على العكس من ذلك ، في الأنود (+) يحدث أكسدة Cl ion^-, لأنه يفقد الإلكترونات ويصبح غاز الكلور (Cl₂) ، وهي عملية تتجلى في ظهور غاز أخضر شاحب في الأنود. يمكن تنظيم التفاعل الذي يحدث عند الأنود ، مثل هذا:

2Cl^- => Cl₂ (ز) + 2 ه^-

تشكيل المعدن Na و Cl الغاز₂ من NaCl ليست عملية عفوية ، تتطلب درجات حرارة أعلى من 800 درجة مئوية لتحدث. يوفر التيار الكهربائي الطاقة للتحول المشار إليه لتحدث في أقطاب الخلية كهربائيا.

يتم استهلاك الإلكترونات في الكاثود (-) ، في عملية الاختزال ويتم إنتاجها في الأنود (+) أثناء الأكسدة. لذلك ، تتدفق الإلكترونات عبر الدائرة الخارجية للخلية كهربائيا من الأنود إلى الكاثود.

تزود البطارية الحالية المباشرة الطاقة للإلكترونات بالتدفق التلقائي من الأنود (+) إلى الكاثود (-).

أسفل الخلية

الخلية السفلية هي عبارة عن تكيف للخلية الإلكتروليتية الموصوفة وتستخدم في الإنتاج الصناعي من Na المعدني وغاز الكلور.

تحتوي خلية التحليل الكهربائي في داون على أجهزة تسمح بجمع الغاز الصوديوم والكلور بشكل منفصل. لا تزال هذه الطريقة لإنتاج الصوديوم المعدني عملية للغاية.

بمجرد إطلاقه عن طريق التحليل الكهربائي ، يتم تصريف الصوديوم المعدني السائل وتبريده وتقطيعه إلى كتل. بعد ذلك ، يتم تخزينه في وسط خامل ، حيث يمكن أن يتفاعل الصوديوم بشكل متفجر عن طريق ملامسة الماء أو الأكسجين الجوي.

يتم إنتاج غاز الكلور في الصناعة ، بشكل رئيسي عن طريق التحليل الكهربائي لكلوريد الصوديوم في عملية أقل تكلفة من إنتاج الصوديوم المعدني.

تطبيقات

التوليف الصناعي

-في الصناعة ، يتم استخدام الخلايا كهربائيا في التنقيب الكهربائي والإيداع الكهربائي لمختلف المعادن غير الحديدية. تقريبا كل الألمنيوم عالي النقاء والنحاس والزنك والرصاص يتم إنتاجها صناعيا في خلايا التحليل الكهربائي.

-يتم إنتاج الهيدروجين عن طريق التحليل الكهربائي للماء. يستخدم هذا الإجراء الكيميائي أيضًا للحصول على الماء الثقيل (D₂O).

-يتم الحصول على المعادن مثل Na و K و Mg بواسطة التحليل الكهربائي للشوارد المنصهرة. أيضا ، يتم الحصول على غير المعادن مثل الفلوريد والكلوريد عن طريق التحليل الكهربائي. بالإضافة إلى ذلك ، مركبات مثل NaOH ، KOH ، Na₂CO₃ و KMnO₄ يتم تصنيعها من قبل نفس الإجراء.

طلاء وتكرير المعادن

-تُعرف عملية الطلاء المعدني السفلي باستخدام معدن عالي الجودة باسم الطلاء الكهربائي. والغرض من ذلك هو منع تآكل المعدن السفلي وجعله أكثر جاذبية. وتستخدم الخلايا كهربائيا في الطلاء الكهربائي لهذا الغرض.

-يمكن تكرير المعادن النجاسة عن طريق التحليل الكهربائي. في حالة النحاس ، توضع صفائح معدنية رفيعة جدًا على الكاثود ويتم تكرير قضبان كبيرة من النحاس النقي في الأنود..

-استخدام المواد المكسوة بالقشرة أمر شائع في المجتمع. المجوهرات وأدوات المائدة وغالبا ما تكون الفضة. يتم تفريغ الذهب كهربائيا في المجوهرات والاتصالات الكهربائية. العديد من الأشياء مغطاة بالنحاس لأغراض زخرفية.

-السيارات لها درابزين وقطع أخرى من الصلب المطلي بالكروم. يستغرق كروم الدفاع عن السيارات 3 ثوان فقط من الترسيم الكهربائي للكروم لإنتاج سطح لامع بسماكة 0.0002 مم.

-ينتج التفريغ الكهربائي السريع للمعادن عن السطوح السوداء والخشنة. التفريغ الكهربائي البطيء ينتج أسطحاً ناعمة. "علب الصفيح" عبارة عن فولاذ مطلي بالقصدير عن طريق التحليل الكهربائي. في بعض الأحيان ، يتم مطلي هذه العلب بالكروم في جزء من الثانية بسمك طبقة الكروم الرفيعة للغاية.

مراجع

1. بياض ، ديفيس ، بيك وستانلي. الكيمياء. (الطبعة الثامنة). CENGAGE التعلم.
2. الإعدادية الطبية (2018). تطبيقات التحليل الكهربائي. تم الاسترجاع من: emedicalprep.com
3. ويكيبيديا. (2018). خلية التحليل الكهربائي. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org
4. بروفيسور شبلي (2012). كلفاني وخلايا التحليل الكهربائي. تم الاسترجاع من: butane.chem.uiuc.edu
5. بحث الويب بودر. (بدون تاريخ). خلايا التحليل الكهربائي تم الاسترجاع من: chemed.chem.purdue.edu