כעמישע רעאַקציעס אין עלעקטראָליטישע צעלן
אן עלעקטראָליטישע צעל איז א מיטל וואָס ניצט עלעקטרישע ענערגיע צו צווינגען א כעמישע רעאַקציע וואָס וואָלט נאָרמאַל נישט פּאַסירן ספּאָנטאַן. נישט ווי גאַלוואַנישע צעלן (וואָלטאַישע צעלן), וואָס דזשענערירן עלעקטריע פון ספּאָנטאַנע רעדאָקס רעאַקציעס, "קאָנסומירן" עלעקטראָליטישע צעלן עלעקטריע צו קאָנווערטירן סאַבסטאַנצן אין אַנדערע פארמען דורך אָקסידאַציע און רעדוקציע פּראָצעסן. די טעכנאָלאָגיע איז קריטיש אין מאָדערנער אינדוסטריע, פון מעטאַל פּלייטינג און קופּער ראַפינירן ביז וואַסערשטאָף און זויערשטאָף גאַז פּראָדוקציע און אַלומינום מאַנופאַקטורינג. די הויפּט ראָלע פון אַן עלעקטראָליטישע צעל ליגט אין אירע כעמישע רעאַקציעס: די קאָנטראָלירטע טראַנספאָרמאַציע פון מאַטעריע דורך אַן עלעקטרישן קראַנט.
גרונטלעכע קאנצעפטן: רעדאקס רעאקציעס און עלעקטראן באוועגונג
די עסענץ פון עלעקטראָליז איז אַ רעדאָקס (רעדוקציע-אָקסידאַציע) רעאַקציע. אָקסידאַציע איז די באַפרייאונג פון עלעקטראָנען, בשעת רעדוקציע איז די געווינס פון עלעקטראָנען. אין אַן עלעקטראָליטישער צעל, צווינגט אַן עקסטערנער עלעקטרישער מקור עלעקטראָנען צו פליסן דורך דעם קרייז, און דאָס ערלויבט די רעדאָקס רעאַקציע צו פּאַסירן אויף די עלעקטראָד ייבערפלאַכן.
עס זענען דא צוויי הויפט עלעקטראָדן: די אַנאָדע און די קאַטאָדע. אין אַן עלעקטראָליטישער צעל, איז די אַנאָדע די עלעקטראָד וואו אַקסאַדיישאַן פּאַסירט, בשעת די קאַטאָדע איז די עלעקטראָד וואו רעדוקציע פּאַסירט. דאָס איז אָפט צעמישט ווייל אין גאַלוואַנישע צעלן זענען די סימנים פון די עלעקטראָד טשאַרדזשיז אַנדערש, אָבער די דעפֿיניציעס פון אַקסאַדיישאַן ביי דער אַנאָדע און רעדוקציע ביי דער קאַטאָדע זענען שטענדיק קאָנסיסטענט פֿאַר אַלע עלעקטראָכעמישע צעלן.
אן עלעקטראליט איז א מיטל וואס פירט שטראָם דורך דער באַוועגונג פון יאָנען. עלעקטראָליטן קענען זיין זאַלץ לייזונגען, זויערן, באַזעס, אדער געשמאָלצענע יאָנישע קאַמפּאַונדז. ווען שטראָם פליסט, רירן זיך קאַטיאָנען (פּאָזיטיוו געלאָדענע יאָנען) צו דער קאַטאָדע צו דורכגיין רעדוקציע, בשעת אַניאָנען (נעגאַטיוו געלאָדענע יאָנען) רירן זיך צו דער אַנאָדע צו דורכגיין אַקסאַדיישאַן. אַזוי, אין דערצו צו דעם שטראָם פון עלעקטראָנען אין דעם עקסטערנעם קרייז, איז דאָ אַ שטראָם פון יאָנען אין דעם עלעקטראליט צו האַלטן די אָפּצאָל וואָג.
עלעקטראָליטישע צעל קאָמפּאָנענטן און זייערע ראָלעס
בכלל, אן עלעקטראליטישע צעל באשטייט פון:
1. מאַכט צושטעל: גיט אַ פּאָטענציעל חילוק אַזוי אַז נישט-ספּאָנטאַנע רעאַקציעס קענען פּאַסירן.
2. צוויי עלעקטראָדן: קענען זיין אינערטע עלעקטראָדן (למשל גראַפיט אָדער פּלאַטינום) אָדער אַקטיווע עלעקטראָדן (למשל קופּער אין קופּער ראַפינירן).
3. עלעקטראָליטן: סובסטאַנצן וואָס יאָניזירן אַזוי זיי קענען פירן קראַנט.
4. קאנטעינערס און קרייזן: האלטן די סיסטעם סטאביל און ערלויבן אבזערוואציע פון די רעאקציע פראדוקטן.
די אויסוואל פון עלעקטראָד און עלעקטראָליט באַשטימט באַדייטנד די טיפּ רעאַקציע וואָס פּאַסירט. למשל, אַן אינערטער עלעקטראָד נעמט נישט אָנטייל אין דער רעאַקציע סטאָיכיאָמעטריש, בשעת אַן אַקטיווער עלעקטראָד קען זיך אויפלעזן אָדער אויסשעפּן ווי אַ טייל פון דער רעאַקציע.
כעמישע רעאַקציעס בײַ דער קאַטאָדע: רעדוקציע פּראָצעס
ביים קאַטאָד פּאַסירט רעדוקציע, דאָס הייסט אַז אַ כעמישע מינים באַקומט עלעקטראָנען. אין וואַסעריקע לייזונגען, זענען די קאַנדידאַטן פֿאַר רעדוקציע געוויינטלעך מעטאַל קאַטיאָנען אָדער וואַסער מאָלעקולן (אָדער וואַסערשטאָף יאָנען). די רעאַקציע וואָס פּאַסירט דעפּענדס אויף די רעדוצירנדיקע טענדענצן פון יעדער מינים.
געוויינטלעכע ביישפילן:
1. רעדוקציע פון מעטאַל יאָנען
למשל, עלעקטראָליז פון CuSO₄ לייזונג מיט אינערטע עלעקטראָדן:
\[
\text{Cu}^{2+} + 2e^- \rightarrow \text{Cu(s)}
\]
Cu²⁺ יאָנען נעמען אָן עלעקטראָנען און פאַלן אויס ווי פֿעסטן קופּער בײַ דער קאַטאָדע.
2. רעדוקציע פון וואַסער פּראָדוצירט וואַסערשטאָף
אין לייזונגען וואו די קאַטיאָנען זענען שווער צו רעדוצירן (למשל Na⁺ אדער K⁺ אין וואַסער), ווערט וואַסער גרינגער רעדוצירט:
\[
2\טעקסט{H}_2\טעקסט{O} + 2e^- \רייטאַראָו \טעקסט{H}_2(g) + 2\טעקסט{OH}^-
\]
אלס רעזולטאט, ווערט געשאפן וואסערשטאף גאז ביים קאטאד, און די לייזונג ארום דעם קאטאד ווערט מער באזיק צוליב דער פארמאציע פון OH⁻.
אזוי, ביי דער קאַטאָדע, קען פּאַסירן מעטאַל דעפּאַזישאַן אָדער גאַז פאָרמאַציע, דיפּענדינג אויף די סיסטעם באדינגונגען.
כעמישע רעאַקציעס ביי דער אַנאָדע: אָקסידאַציע פּראָצעס
ביי דער אנאד פאסירט אקסידאציע, וואס איז די באפרייאונג פון עלעקטראנען. די אקסידירבארע סארטן זענען געווענליך אניאנען (ווי Cl⁻, Br⁻) אדער וואסער (וואס פראדוצירן O₂). ווי ביי דער קאטאד, די פראדוקטן ביי דער אנאד הענגען אפ פון דעם טיפ יאן און די גרינגקייט פון אקסידאציע.
געוויינטלעכע ביישפילן:
1. אקסידאציע פון כלוריד יאנען פראדוצירט כלור
אין דער עלעקטראָליז פון קאָנצענטרירטער NaCl לייזונג (זאַלץ וואַסער), קען דער Cl⁻ אַניאָן אָקסידירט ווערן:
\[
2\text{Cl}^- \rightarrow \text{Cl}_2(g) + 2e^-
\]
כלאָר גאַז ווערט געשאפן ביי דער אַנאָדע.
2. אקסידאציע פון וואסער פראדוצירט זויערשטאף
אויב דער אניאָן איז שווער צו אָקסידירן (למשל SO₄²⁻ אדער NO₃⁻), וועט דאָס וואַסער ווערן אָקסידירט:
\[
2\טעקסט{H}_2\טעקסט{O} \רייטאַראָו \טעקסט{O}_2(g) + 4\טעקסט{H}^+ + 4e^-
\]
זויערשטאָף גאַז ווערט געשאפן ביי דער אַנאָדע, און די לייזונג אַרום דער אַנאָדע ווערט מער זויער צוליב דער פאָרמירונג פון H⁺.
די באַשלוס פון "וועלכע ווערט אָקסידירט" ביי דער אַנאָדע ווערט אָפט באַשטימט דורך יאָן קאָנצענטראַציע, עלעקטראָד טיפּ, און אָפּערייטינג באדינגונגען (וואָולטידזש, pH, און אָוווערפּאָטענציאַל).
וויכטיקער פאַל בייַשפּיל: וואַסער עלעקטראָליז
די עלעקטראָליז פון וואַסער איז אַ קלאַסיש בייַשפּיל וואָס ווייַזט די רעאַקציע ביי ביידע עלעקטראָדן. אין פּראַקטיק, ריין וואַסער איז אַ זייער שוואַך קאַנדאַקטאָר פון עלעקטריע, אַזוי אַן עלעקטראָליט (למשל, דיילוטאַד H₂SO₄ אָדער KOH) איז געוויינטלעך צוגעגעבן צו פאַרגרעסערן די קאַנדאַקטיוויטי.
רעאַקציע בײַ דער קאַטאָדע:
\[
2\טעקסט{H}_2\טעקסט{O} + 2e^- \רייטאַראָו \טעקסט{H}_2(g) + 2\טעקסט{OH}^-
\]
רעאַקציע בײַ דער אַנאָדע:
\[
2\טעקסט{H}_2\טעקסט{O} \רייטאַראָו \טעקסט{O}_2(g) + 4\טעקסט{H}^+ + 4e^-
\]
אויב די עלעקטראָנען זענען באַלאַנסירט און צוגעגעבן, איז די גאַנצע רעאַקציע:
\[
2\טעקסט{H}_2\טעקסט{O(l)} \rightarrow 2\טעקסט{H}_2(g) + \טעקסט{O}_2(g)
\]
פון דעם רעאקציע קען מען זען אז וואסער צעפאלט זיך אין וואסערשטאף און זויערשטאף גאז מיט א פארנעם פראפארציע פון 2:1, לויט דער סטויכיאמעטריע פון דער רעאקציע גלייכונג.
עלעקטראָליז פון NaCl לייזונג: פּראָדוקציע פון כלאָר און נאַטריום הידראָקסייד
אין אינדוסטריע, איינער פון די וויכטיגסטע עלעקטראָליז פּראָצעסן איז די עלעקטראָליז פון קאָנצענטרירטע NaCl לייזונגען ניצנדיק מעמבראַן אָדער דיאַפֿראַגם צעלן. די רעאַקציעס וואָס פּאַסירן זענען:
קאַטאָדע:
\[
2\טעקסט{H}_2\טעקסט{O} + 2e^- \רייטאַראָו \טעקסט{H}_2(g) + 2\טעקסט{OH}^-
\]
אַנאָדע:
\[
2\text{Cl}^- \rightarrow \text{Cl}_2(g) + 2e^-
\]
גאַנץ רעאַקציע:
\[
2\text{NaCl(aq)} + 2\text{H}_2\text{O(l)} \rightarrow \text{Cl}_2(g) + \text{H}_2(g) + 2\text{NaOH(aq)}
\]
די רעזולטאַטן זענען זייער ווערטפול: כלאָר פֿאַר דער כעמישער אינדוסטריע, וואַסערשטאָף ווי אַ ברענשטאָף אָדער רוי מאַטעריאַל, און NaOH פֿאַר זייף, פּאַפּיר, און פֿאַרשידענע רייניקונג פּראָצעסן.
פאַראַדיי'ס געזעץ: די באַציִונג צווישן עלעקטרישע לאָדונג און די סומע פון סאַבסטאַנץ
די כעמישע רעאקציעס אין אן עלעקטראליטישע צעל זענען ענג פארבונדן מיט דער מאס עלעקטרישע לאדונג וואס פליסט. פאראדיי'ס געזעץ זאגט אז די מאסע פון א סובסטאנץ וואס ווערט געשאפן אדער צעפאלן ביי אן עלעקטראד איז פראפארציאנעל צו דער מאס עלעקטרישע לאדונג (Q) וואס גייט אדורך.
עלעקטרישע לאָדונג:
\[
ק = איך \מאל ט
\]
מיט I דעם קראַנט (אַמפּער) און t די צייט (סעקונדעס). די צאָל מאָלן פון עלעקטראָנען:
\[
n(e^-) = \frac{Q}{F}
\]
וואו F איז פאַראַדיי'ס קאָנסטאַנט (≈ 96485 C/מאָל עלעקטראָנען). פֿון דעם קענען מיר אויסרעכענען די מאַסע פֿון מעטאַל וואָס איז אָפּגעלייגט געוואָרן אָדער דעם באַנד פֿון גאַז וואָס איז פּראָדוצירט געוואָרן באַזירט אויף דער סטאָיכיאָמעטריע פֿון דער עלעקטראָד רעאַקציע. דאָס איז פאַרוואָס עלעקטראָליז איז אַזוי נוצלעך: די פּראָדוקטן קענען פּרעדיקטעד און קאָנטראָלירט ווערן פּינקטלעך.
פאַקטאָרן וואָס ווירקן אויף עלעקטראָליז רעאַקציעס
עטלעכע פון די הויפּט פאַקטאָרן וואָס השפּעה האָבן אויף כעמישע רעאַקציעס אין עלעקטראָליטישע צעלן זענען:
1. טיפ יאן אין עלעקטראליט: באשטימט די סארטן וואס קענען ווערן רעדוצירט/אקסידירט.
2. יאָן קאָנצענטראַציע: מער קאָנצענטרירטע יאָנען זענען אָפט גרינגער ינוואַלווד אין רעאַקציעס.
3. עלעקטראָד מאַטעריאַל: ינערט קעגן אַקטיוו עלעקטראָדעס קענען פּראָדוצירן פאַרשידענע פּראָדוקטן.
4. וואָולטאַזש און קראַנט: באַשטימען די רעאַקציע קורס און די מעגלעכקייט פון זייַט רעאַקציעס.
5. pH און טעמפּעראַטור: באַאיינפלוסן דעם גלייכגעוויכט און קינעטיק פון דער רעאַקציע.
פירן די פאקטארן איז וויכטיג כדי דער עלעקטראליזיס פראצעס זאל זיין עפעקטיוו און פראדוצירן די געוואונטשענע פראדוקטן.
קלאָוזינג
די כעמישע רעאַקציעס אין אַן עלעקטראָליטישער צעל זענען אַ קאָנקרעטער בייַשפּיל פון ווי עלעקטריע קען קאָנטראָלירן די טראַנספאָרמאַציע פון מאַטעריע דורך רעדאָקס מעכאַניזמען. ביי דער קאַטאָדע פּאַסירט רעדוקציע, וואָס קען פּראָדוצירן אָפּגעזאָגט מעטאַל אָדער וואַסערשטאָף גאַז, בשעת ביי דער אַנאָדע פּאַסירט אָקסידאַציע, וואָס קען פּראָדוצירן כלאָר אָדער זויערשטאָף גאַז. די פילע אינדוסטריעלע אַפּליקאַציעס פון עלעקטראָליזיס ווייַזן אַז דער פּראָצעס איז נישט נאָר אַ לאַבאָראַטאָריע באַגריף, נאָר די יסוד פון פיל מאָדערנער כעמישער פּראָדוקציע. דורך פֿאַרשטיין די רעאַקציעס ביי יעדער עלעקטראָד און די פאַקטאָרן וואָס השפּעה האָבן אויף זיי, קענען מיר פּלאַנירן מער עפעקטיווע, זיכערע און עקאָנאָמישע עלעקטראָליזיס פּראָצעסן.
