16th chapter electrolysis

Electrochemistry الكيمياء الكھربائية التحليل الكهربائي: السادس عشرالفصل

عمر بن عبد اهللا الهزازي. د/إعداد

(307)

عشر السادسالفصل

التحليل الكهربائي

Chapter 16th Electrolysis



(308)

التحليل الكهربيElectrolysis كرتوليتيالتوصيل املعدني واإلل

Metallic and Electrolytic Conduction

معظم الفلزات موصالت للكهرباء: علل ) س

ا معظم الفلزات موصالت للكھرباء بسبب ة إلكتروناتھ الحرةحرك

ة بكة المعدني الل الش بيا خ يل . نس يل بالتوص ذا التوص مى ھ ويس

. المعدني

كيف توصل احملاليل االلكرتوليتية الكهربـاء بـالرغم مـن ) س عدم وجود إلكرتونات حرة يف احمللول؟ وضح مع الرسم

ة • اءالمحاليل اإللكتروليتي ى توصيل الكھرب درة عل ك الق إال . تمل

ة ال ي ذه الحال ي ھ ه ف اتأن د الكترون رة" وج ول " ح ي المحل ف

.لتحمل التيار

ار الو • ين يوصل التي ائيلمعرفة ما إذا كان محلول مع أم ال كھرب

نأخذ قطبين ونوصلھما بمصدر للكھرباء ويغمران في المحلول،

. فھذا يعني أن المحلول موصل إضاءة لمبة الجھازوعند



(309)

ل إن اللمبة تضيء بوضوح عندما يحتوي المحلول على مل • ح مث

(NaCl) ، ول وي المحل دما يحت ا عن يء إطالق ا ال تض ولكنھ

.على مركب جزيئي مثل السكر

ماذا يشرتط للتوصيل الكهربي يف احملاليل؟) س

يل ال إن • ائيالتوص د كھرب ط عن ن فق رة ممك ات ح ود أيون وج

ة، ات الحرك ل اإلليكتروليت ي محالي ق ف رط يتحق ذا الش وھ

.ومصاھير األمالح

و • دما يك از وعن اب جھ ل باألقط اء المتص در الكھرب ن مص

ار المباشر ة أو مصدرا آخر للتي إن (.D.C)التوصيل بطاري ف

ى القطب ذي الشحنة كل أيون في المحلول يميل الى التحرك ال

ات كھربائيوعند تطبيق الجھد ال. المعاكسة لشحنته تتجه األيون

رود و اإللكت ة نح ب(الموجب ات الس) القط الب، واأليون البة الس

).أ١-١٦شكل ( نحو القطب الموجب

مب تسمى حركة الشحنات األيونيـة خـالل سـائل أو مصـهور) س ؟الناجتة عن تطبيق تيار كهربائي

ذه خالل السائل، والناتجة عن ة ھ ة الشحنات األيوني تسمى حرك

.، بالتوصيل اإللكتروليتيكھربائيتطبيق التيار ال



(310)

القطب املوجب؟ ماذا حيدث لأليونات السالبة عند) س

د القطب الموجب اتعن ي اإللكترون د نقص ف ر – يوج ذلك تجب ل

. األيونات السالبة على إعطاء اإللكترونات ولذلك تتأكسد

؟سالبعند القطب ال ماذا حيدث لأليونات املوجبة) س

الب د القطب الس ات –عن ادة من اإللكترون ك زي ذي يمل تقط –ال تل

. وتختزلاأليونات الموجبة الكترونات

ــة التوصــيل ) س ــاء عملي ــاعالت أثن مــاذا حيــدث مــن تف اإللكرتوليتي؟

ة التوصيل اإلل • د القطب أثناء عملي ي، يحدث تأكسد عن كتروليت

. الموجب واختزال عند القطب السالب

اعالت • ا أن تف وسيستمر المحلول في توصيل الكھرباء فقط طالم

.األكسدة واإلختزال الحادثة عند األقطاب مستمرة

مــا الــذي يســاعد االلكرتونــات أن تضــخ أثنــاء تفاعــل ) س ؟)القطب السالب(اىل منطقة املهبط التأكسد

دا عن القطب • تضخ اإللكترونات الناتجة أثناء تفاعل التأكسد بعي

. وتنقل الى القطب السالب كھربائيبواسطة مصدر الجھد ال

ات خالل ا • لسلك وأثناء التوصيل اإلليكتروليتي تسري اإللكترون

.)أ )١-١٦( شكل (وتسري األيونات عبر المحلول الخارجي



(311)

.إلكتروليتيةخلية : ي التوصيل اإلليكتروليت ) : أ١- ١٦(شكل

:احملافظة على التعادل الكهربائي للمحاليل

يجب أن تحدث الحركة األيونية، وكذلك التفاعالت عند األقطاب •

. كھربائيبحيث يحافظ على التعادل ال

ون و • ھذا يعني أنه حتى في أصغر جزء من السائل، كلما ابتعد أي

ون سالب يجب أن يترك أيون موجب، أو يجب أن ه أي يحل محل

).ب )١-١٦(شكل (الحال سالب آخر في



(312)

: ي التوصيل اإلليكتروليت ) : ب١-١٦(شكل

.المحافظة على التعادل الكھربائي على نطاق ميكروسكوبي

ة يبق وبھذه • ادال الطريق ائل متع ي كھربائيى كل جزء من الس ا ف

. جميع األوقات

ائيويتأكد التعادل ال • د األقطاب بوجود كھرب اعالت عن اء التف أثن

. أعداد متساوية من اإللكترونات المرسبة والملتقطة

تج • ا ن ثال كلم رونفم ب أن إلكت ب يج د القطب الموج د عن واح

. طب السالبواحد، في نفس الوقت، من الق إلكترونيؤخذ



(313)

كهربائيالتحليل ال Electrolysis

التحليل الكهربي؟ ما املقصود بعملية) ستسليط تيار ھو عملية يتم فيھا : (electrolysis)التحليل الكھربي

ال يتم تلقائيا، وتسمى الخلية فيھا كھربائي على خلية إلحداث تفاعل كيميائي

. (electrolytic cell)في ھذه الحالة بالخلية اإللكتروليتية

بني اخللية اجللفانية الفولتية وخلية أوجه الشبه والفروقما ؟كهربائيالتحليل ال

بين الخلية الجلفانية وخلية ھناك فروق كثيرة ذكرت بالفصل األول

: المقارنة التالية لكن الذي يھمنا ھنا ھو التحليل الكھربي،

اخللية اجللفانية

تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة ( ئي يتولد عنه تيار كھربائييحدث فيھا تفاعل كيميا

).كھربائية

خلية التحليل الكهربائي

تحويل( تلقائيا ال يتم إلحداث تفاعل كيميائيوفيھا يسلط تيار كھربائي خارجي •

).الطاقة الكھربائية الى طاقة كيميائية

ا التحلي • إن خالي ة، ف ة الفولتي ى كما ھو الحال في الخلي ألف من أقطاب عل ائي تت ل الكھرب

ل ط موص ع وس ال م ة (conducting medium)اتص رة خارجي ودائ

(external medium).



(314)

ذي)الجلفانية(وكما في الخلية الفولتية • ائي ال ل الكھرب ة التحلي إن القطب في خلي ، ف

ه تحدث، والقطب الذي عند(cathode) ختزال يسمى المھبطتحدث عملية االعنده

. (anode)عملية األكسدة يسمى المصعد

ا • ائي غالب ل الكھرب ا التحلي ي خالي اب ف ةاألقط د(inert) خامل ا التزوي ، ووظيفتھ

(furnish) بمسار لإللكترونات لتدخل وتغادر الخلية .

لة • ة الموص دائرة الخارجي إن ال ة ، ف ة الفولتي ل للخلي ة (connected)وبالمقاب بخلي

). بطارية(ائي يجب أن تحوي مصدر تيار مباشر لإللكترونات التحليل الكھرب

force)لتدخل في أحد األقطاب التحليل الكھربائي اإللكتروناتوتجبر البطارية في خلية •

electrons into one of the electrodes) ) ، وتسحب )والذي يصبح سالبا

(اإللكترونات من القطب اآلخر ). والذي يصبح موجبا

لتفاعلي القطبين (physical separation) حاجة إلى الفصل الفيزيائيال وغالبا •

.عادة ال يوجد قنطرة ملحيةفي خلية التحليل الكھربائي ، لذلك

والوسط الموصل الذي على اتصال مع األقطاب غالبا يكون نفسه لكال القطبين، •

مصھورا aqueous)ا أو محلوال مائي (molten salt)ويمكن أن يكون ملحا

solution).

ما أهمية التحليل الكهربائي من الناحية الصناعية؟ ) س

يمكن بواسطته الحصول على العناصر في حالة نقية مثل الصوديوم والكلور من) ج

. مركباتھا



(315)

Fig. (16-2) : The motion of ions through a solution is an electric current. This

accounts for ionic (electrolytic) conduction. Positively charged ions migrate toward

the negative electrode, and negatively charged ions migrate toward the positive

electrode. Here the rate of migration is greatly exaggerated for clarify. The ionic

velocities are actually only slightly greater than random molecular speeds.



(316)

كهربائيبعض الظواهر املرتبطة بعملية التحليل ال

؟(Decompositional Potential) عرف جهد التفكك) س

يعرف جھد التفكك بأنه أقل جھد يلزم لبدء عملية التحليل

. كھربائيال

كهربائيمثال خللية حتليل

ن أن تكون يمك التي سبق مناقشتھا في فصول مضت، خلية دانيال

إذا كھربائيويمكن أن تكون خلية تحليل ، )فولتية(خلية جلفانية

لى من جھد خلية وصلنا قطبيھا بمصدر خارجي للتيار جھده أع

يوصل بالطرف (بحيث يكون النحاس مصعدا دانيال الجلفانية

). يوصل بالطرف السالب(والخارصين مھبطا ) الموجب

).ب( كھربائيتحليل وكخلية) أ(خلية دانيال كخلية جلفانية : )٣- ١٦( شكل



(317)

Fig. (16-4) : In this schematic picture of an electrolysis experiment, the electrons emerge from a galvanic cell at its anode (-) and enter the electrolytic cell at its cathode (-), where they bring about reduction. Electrons are drawn out of the electrolytic cell through its anode (+) and into the galvanic cell at its cathode (+). If the cell reaction in the galvanic cell is more strongly spontaneous than the reaction in the electrolytic cell is nonspontaneous, then the overall process is spontaneous. This experiment is an example of one reaction driving another to which it is coupled.



(318)

كهربائيمقارنة بني اخللية اجللفانية وخلية التحليل ال

: خلية دانيال الجلفانية تأخذ التصميم التالي 2+

oxidation 2+ــدة ــ ــل األكســ ــ تفاعــ

2+

copper electrode zinc electrode - anode Zn(s) Zn (aq) + 2e

Zn(s) Cu (aq, a =1) Zn (aq, a = 1) Cu(s)

↓⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→

14444244443

reduction2+ــتزال ــ ــل اإلخــ ــ تفاعــ

- cathode

overall reaction2+ 2+ــي ــ ــ ــة الكل ــ ــ ــل الخلي ــ تفاعــ

Cu (aq) + 2e Cu(s)

Zn(s) + Cu (aq) Zn (aq) + Cu(s)

↓⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→

⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→

144424443

1444444444424444 3

{ {ο ο οcell cathode anode

Cu Zn

οcell

E = E - E

E =(+ 0.337) - (- 0.7628) = + 1.1 V

444444

. ومنه فإن جھد الخلية بالموجب، والتفاعل الكلي لھا تلقائي الحدوث

: بينما إذا أخذنا التصميم التالي 2+

oxidation 2+ــدة ــ ــل األكسـ ــ تفاعـ

2+

copper electrode - anode zinc electrode - cath Cu(s) Cu (aq) + 2e

Cu (aq, a =1) Zn(s) Cu(s) Zn (aq, a = 1)

↓⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→

144424443

reduction2+ــتزال ــ ــل اإلخـ ــ تفاعـ

ode

overall reaction2+ 2+ــي ــ ــة الكلــ ــ ــل الخليــ ــ تفاعــ

Zn (aq) + 2e Zn(s)

Zn (aq) + Cu(s) Zn(s) + Cu (aq)

↓⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→

⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→

14444244443

1444444444424444444 3

{ {ο ο οcell cathode anode

Zn Cu

οcell

E = E - E

E = (- 0.7628) - (+ 0.337) = - 1.1 V

444



(319)

يالحظ أن قيمة جھد الخلية بالسالب، ولكي يحدث ھذا التفاعل غير

التلقائي فال بد أن نزود الخلية بمصدر خارجي للتيار ذي جھد أعلى

، وحينئذ فإن الخلية ھي خلية تحليل (V 1.1)ولو قليال من القيمة

. وليست خلية جلفانية كھربائي



(320)

يف احملاليل املائية للتحليل الكهربائيهامة قواعد ما القواعد التي ميكن مبعرفتها معرفة التفاعالت احملتملة ) س

يف خلية التحليل الكهربي عند استخدام والتفاعالت األكثر احتماال أقطاب خاملة؟

القاعدة األوىلد أيون المعدن • ان جھ أو األصناف األخرى يمكنھا أن تختزل في الوسط المائي إذا ك

ا أ ة اختزالھ ر إيجابي ة(كث ر قيم اء ) أكب زال الم د اخت ن جھ الي (V 0.8 -)م وبالت

اختزال الماء الذي يكون على الصورة التالية فاختزالھا يكون ھو األكثر احتماال من - ο

2 2 reduction 2H O(L) + 2e H (g) + 2OH (aq) E = - 0.8277 V⎯⎯→ :ومن أمثلة األيونات التي تفضل على الماء في االختزال •

2+ οreduction

2+ οreduction

3+

Zn + 2e Zn E - 0.7628 V

Fe + 2e Fe E - 0.4401 V

Cr + 3e Cr

⎯⎯→ =

⎯⎯→ =

⎯⎯→ οreduction

2+ οreduction

2+ οreduction

2+

E = - 0.429 V

Cd + 2e Cd E = - 0.3516 V

Ni + 2e Ni E = - 0.250 V

Sn + 2e Sn

⎯⎯→

⎯⎯→

⎯⎯→ οreduction

2+ οreduction

2+ οreduction

+

E = - 0.136 V

Pb + 2e Pb E = - 0.126 V

Cu + 2e Cu E = 0.337 V

Ag + e

⎯⎯→

⎯⎯→

⎯ οreductionAg E 0.7991 V⎯→ =

:حظ من قيم جھود االختزال أن األيونات الموجبة فيال •

( )2+ 2+ 3+ 2+ 2+ 2+ 2+ 2+ + Zn , Fe , Cr , Cd , Ni , Sn , Pb , Cu , Ag اء، قيمة أكبرأسھل في اختزالھا من الماء ألن لجھد اختزالھا زال الم د اخت من قيمة جھ

.قيمة جھد االختزال تعبر عن الرغبة في االختزالألن وبالتالي فاختزالھا ھو المفضل



(321)

القاعدة الثانية

ر انت إذا ك • زال أكث د اخت ا جھ ائي لھ ول الم األصناف الموجودة في المحل

من الماء فإن اختزال الماء يكون مفضال عليھا ليتكون )اقل قيمة(سالبية

. غاز الھيدروجين وأيونات الھيدروكسيد

:ومن أمثلة األيونات التي يفضل عليھا الماء في االختزال •- ο

2 2 reduction

+ οreduction

+ οreduction

2H O(L) + 2e H (g) + 2OH (aq) E = - 0.8277 V

Li +e Li E - 3.045 V

Na + e Na E

⎯⎯→

⎯⎯→ =

⎯⎯→ =+ ο

reduction

2+ οreduction

3+

- 2.714 V

K + e K E - 2.925 V

Mg + 2e Mg E = - 2.37 V

Al + 3e Al

⎯⎯→ =

⎯⎯→

⎯⎯→ οreduction E = - 1.66 V

من قيم جھود االختزال أن الماء أسھل في اختزاله من األيونات فيالحظ

(Li+, Na+, K+, Mg2+, Al3+) وبالتالي ھو ألن لجھد اختزاله قيمة أكبر

.في االختزال المفضل



(322)

القاعدة الثالثة

ائي • يمكن لأليونات السالبة أو األصناف األخرى أن تتأكسد في المحلول الم

: وھو جھد األكسدة للماء (V 1.229-)دة أعلى من إذا كان لھا جھد أكس+ ο

2 2 oxidation2H O(L) O (g) + 4H (aq) + 4e E = - 1.229 V⎯⎯→

عند التحليل الكهربي حمللول الفلوريـد مـا تفـاعالت األكسـدة احملتملـة ومـا ) س تفاعل األكسدة األكثر احتماال؟

:احملتملة ةتفاعالت األكسد) ج١( + ο

2 2 oxidation2H O(L) O (g) + 4H (aq) + 4e E = - 1.229 V⎯⎯→ ٢( - ο

2 oxidation2F F + 2e E = - 2.87 V⎯⎯→

بالمقارنة بين جھدي األكسدة نجد أن جھد األكسدة للماء أكبر من جھد األكسدة

ر فأكسدة الماء أسھلللفلوريد وبالتالي اال ويكون بذلك التفاعل األكث ي احتم ف

:ھو األكسدة+ ο

2 2 oxidation2H O(L) O (g) + 4H (aq) + 4e E = - 1.229 V⎯⎯→

.روبالتالي فالغاز المتصاعد سيكون ھو األكسجين وليس الفلو



(323)

القاعدة الرابعة

وبه أيونات معدنية، و األيونات قابلة ھذه إذا كانت إذا كان الوسط حامضيا

اختزال أيونات جھد أكبر من ) عال اختزاللھا جھد (بسھولة لالختزال

سينتج عنه تكوين المعادن عند المھبط في ھذه الحالة الھيدروجين فإن التحليل

.ي اختزال أليونات الھيدروجينولن يحدث أ )القطب السالب(

: وبمقارنة جھود االختزال التالية ο

2 reduction

reduction2+ οreduction

reduction+

reduction+

(aq) (g) = 0.000 V

Cu (aq) + 2e 2Cu(s) = 0.3370 V

2H + 2e H E E

Ag (aq) + e Ag(s)

⎯⎯⎯⎯→

⎯⎯⎯⎯→

⎯⎯⎯⎯→ οreduction = 0.7991 V E

أيونات الفضة أسھل من اختزال لسنجد أن اختزال أيونات النحاس، واختزا

.أيونات الھيدروجين

توضيحي مثال

(Ag)فإنه يمكن ترسيب (CuCl2)أو (AgNO3)محلول ل الكھربي تحليلالعند

كما يظھر من جھود االختزال (+H)أسھل كثيرا من اختزالھما بسبب أن (Cu)و

: التالية οreduction

reduction2+ οreduction

reducti

+

reduction+

(aq) no reduction = 0.000 V

Cu (aq) + 2e 2Cu(s) = 0.3370 V

2H + 2e E E

Ag (aq) + e Ag(s) E

⎯⎯→

⎯⎯⎯⎯→

⎯⎯⎯⎯→ οon = 0.7991 V



(324)

القاعدة اخلامسة

جھد (أقل من الھيدروجين لالختزالعندما تكون قابلية األيونات المعدنية

التحليل فإنه ينتج عند) ختزال لھا أقل من جھد اإلختزال للھيدروجيناال

عند المھبط (H2)الكھربائي ألمالح المعادن أن ينطلق غاز الھيدروجين

).اختزال الھيدروجين في ھذه الحالة ھو المفضل(

: وبمقارنة جھود االختزال التالية ο

2 reduction

reduction+ οreduction

reductio

eduction+

reduction+

(aq) (g) = 0.000 V

Na (aq) + e Na(s) = - 2.714 V

2H + 2e H E E

K (aq) + e K(s) E

⎯⎯⎯⎯→

⎯⎯⎯⎯→

⎯⎯⎯⎯→ οn = - 2.925 V

سنجد أن اختزال أيونات الھيدروجين أسھل من اختزال أيونات الصوديوم

.والبوتاسيوم

:توضيحي مثال (KCl, NaNO3)لمحاليل الحامضية لـفي التحليل الكھربائي

عند املهبط .(+Na+, K)بسبب أن اختزاله أسھل كثيرا من (H2)ينطلق غاز الھيدروجين

reduction+2

+ +

2H (aq) + 2e H (g)(Na or K ) + e (no reaction)

⎯⎯⎯⎯→

⎯⎯→

عند املصعد )عند التحليل الكھربائي لمحاليل األنيونات األكسجينية مثل )- 2-

3 4NO , SO فإن األكسجين : مقارنة باألنيونات نفسھا (H2O)ينطلق، وھذا يعني سھولة تأكسد الماء

oxidation +2 22H O(L) O (g) + 4H (aq) + 4e⎯⎯⎯⎯→



(325)

القاعدة السادسة أكسدة األنيونات اهلالوجينية

عند التراكيز العالية من األنيونات الھالوجينية

) -Fماعدا ( (-Cl-, Br-, I) األنيونات الھالوجينيةفإنھا تتأكسد بسھولة أكبر من الماء وبالتالي يتحرر

عند التراكيز العالية (Br2, I2, Cl2)الھالوجين :أليوناته

oxidation2

-2

2H O(L) (no reaction)

2Cl (aq) Cl (g) + 2e

⎯⎯⎯⎯→

⎯⎯→

عند التراكيز العالية من األنيونات الھالوجينية

أما عند التراكيز المنخفضة فإن األكسجين يتحرر : وجينلى الھالإباإلضافة

oxidation +2 2

-2

2H O(L) O (g) + 4H (aq) + 4e


⎯⎯⎯⎯→

⎯⎯→

:مثال توضيحي

لجھود األكسدة التالية حدد أيھما أكثر احتماال في األكسدة الماء أم وفقا الھالوجينات األيونية عند التراكيز العالية والمنخفضة من الھالوجينات األيونية؟

- ο2 oxidation

+ ο2 2 oxidation

-2 o

2F F + 2e E = - 2.27 V

2H O(L) O (g) + 4H (aq) + 4e E = - 1.229 V

2Cl Cl + 2e E

⎯⎯→

⎯⎯→

⎯⎯→ οxidation

- ο2 oxidation

- ο2 oxidation

= - 1.3595 V

2Br Br + 2e E = - 1.0652 V

2I I + 2e E = - 0.5355 V

⎯⎯→

⎯⎯→



(326)

احلل :وفقا جلهود األكسدة

- ο2 oxidation

+ ο2 2 oxidation

-2 o

2F F + 2e E = - 2.27 V

2H O(L) O (g) + 4H (aq) + 4e E = - 1.229 V

2Cl Cl + 2e E

⎯⎯→

⎯⎯→


- ο2 oxidation

- ο2 oxidation

= - 1.3595 V

2Br Br + 2e E = - 1.0652 V

2I I + 2e E = - 0.5355 V

⎯⎯→

⎯⎯→

: عند الرتاكيز املنخفضة من األيونات اهلالوجينية ) أ التفاعل األكثر احتماال األيون- (- Br)أيون البروميد

22Br Br + 2e ⎯⎯→

جھد األكسدة للماء وأيون الكلوريد متقارب لذلك ففي : (- Cl)أيون الكلوريد ضة من الكلوريد فإن كال التفاعلين حالة التراكيز المنخف

:سيحدث ويتصاعد غاز الكلور وغاز األكسجين oxidation +

2 2

-2

2H O(L) O (g) + 4H (aq) + 4e


⎯⎯⎯⎯→

⎯⎯→

- (- I)أيون اليوديد 22I I + 2e ⎯⎯→

+ (- F)أيون الفلوريد 2 22H O(L) O (g) + 4H (aq) + 4e ⎯⎯→

: عند الرتاكيز العالية من األيونات اهلالوجينية ) ب التفاعل األكثر احتماال ناأليو

- (- Br)أيون البروميد 22Br Br + 2e ⎯⎯→

- : (- Cl)أيون الكلوريد 22Cl (aq) Cl (g) + 2e⎯⎯→

- (- I)أيون اليوديد 22I I + 2e ⎯⎯→

+ (- F)أيون الفلوريد 2 22H O(L) O (g) + 4H (aq) + 4e ⎯⎯→



(327)

أمثلة على خاليا إلكرتوليتية كلوريد اهليدروجني حمللول كهربائيالتحليل ال) ١

إذا غمر قطبان من البالتين في محلول من حامض الھيدروكلوريك

ووصل طرفا القطبين بمصدر لتيار (HCl)) كلوريد الھيدروجين(

). ٥-١٦شكل () بطارية( كھربائي

التحليل الكھربي لمحلول حامض الھيدروكلوريك ) :٥-١٦(شكل



(328)

تحدث سلسلة من في الخلية السابقة كھربائيعند مرور التيار ال فإنه

: التفاعالت الكيميائية عند قطبي الخلية على النحو التالي

: Cathode)املهبط (عند القطب السالب ) ١

وھي عملية اختزال تتم باكتساب يتصاعد غاز الھيدروجين، •

: لمھبط أيونات الھيدروجين الموجبة إللكترونات سالبة من ا+

22H (aq) + 2e H (g)⎯⎯→ ↑ : Anode)املصعد (عند القطب املوجب ) ٢

ور، • از الكل ور يتصاعد غ ات الكل د أيون تم بفق د ت ة تأكس ي عملي وھ

ل د ك ة تتح ور متعادل ى ذرات كل ول ال ا فتتح البة إللكتروناتھ الس

. (Cl2)ذرتين منھا لتكون جزيء الكلور -

22Cl (aq) Cl (g) + 2e⎯⎯→ ↑

تفسري عمليتي األكسدة واالختزال السابقتني

ان ان العمليت رت ھات كل فس ابقة بالش ة الس ي الخلي ى ) ٥-١٦(ف عل

ار ال رور التي ل م ه قب اس أن ائيأس ض كھرب ول حم إن محل ف

ة دروجين الموجب ات الھي الھيدروكلوريك يحتوي على عدد من أيون

(H+) البة الناتجة من (-Cl)وعدد مساو لھا من أيونات الكلور الس

: ا كھربائيتأين جزيئات الحمض وبذلك يكون المحلول متعادال + -HCl H (aq) + Cl (aq)⎯⎯→



(329)

ار ال • رور التي د م ائيوعن دروجين كھرب ات الھي اجر أيون تھ

بط (+H)الموجبة ذه ) ٥-١٦شكل (ناحية المھ ذلك سميت ھ ول

ات ات كاتيون اثود (cations)األيون و الك ة نح أي المتجھ

(cathode) ق ة عن طري ا شحنته الموجب د كل منھ وھناك يفق

ى ذرات ول إل الب فتتح ب الس ن القط ات م اب الكترون اكتس

ا من غاز ا لتكون جزيئ ھيدروجين متعادلة تتحد كل ذرتين منھ

:ويمكن كتابة الخطوات على النحو التالي الھيدروجين+

+

2

+2

H + e H

H + e H

H + H H____________________2H (aq) + 2e H (g)

⎯⎯→

⎯⎯→

⎯⎯→

⎯⎯→

ور ا • ات الكل اجر أيون ا تھ عد كم ة المص البة ناحي (anode)لس

ات ات أنيون ذه األيون ميت ھ ذلك س ة (anions)ول أي المتجھ

ود، و اآلن ى نح ول ال البا فتتح ا س ا إلكترون ل منھ د ك اك يفق وھن

ا من غاز ذرات كلور متعادلة تتحد كل ذرتين منھا مكونة جزيئ

: الكلور



(330)

-

-

2

-2

Cl Cl + e

Cl Cl + e

Cl + Cl Cl____________________2Cl Cl (g) + 2e

⎯⎯→

⎯⎯→

⎯⎯→

⎯⎯→



(331)

ةمزيد من القراء التالية (HCl)حمللول محض لديك خلية التحليل الكهربائي ) س

)٦-١٦(شكل

:فإذا علمت جھود االختزال للتفاعالت التالية - ο

2 2 cathode

+ ο2 cathode

+2 2

2 H O (L) + 2 e H (g) + 2 OH (aq) E = - 0.8277 V

2 H (aq) + 2 e H (g) E = 0.000 V

O + 4H + 4e 2H O

⎯⎯→

⎯⎯→

⎯⎯→ οcathode

- ο2 cathode

E 1.229 V

Cl (g) + 2e 2 Cl (aq) E = 1.3595 V

=

⎯⎯→

ال السابقة اكتب تفاعالت األكسدة احملتملة وفقا جلهود االختز) أ١( + ο

2 2 anode2H O O + 4H + 4e E 1.229 V⎯⎯→ = − ٢( - ο

2 anode2 Cl (aq) Cl (g) + 2e E = - 1.3595 V⎯⎯→ احملتملة ال السابقة اكتب تفاعالت االختزالوفقا جلهود االختز) ب١( - ο

2 2 cathode2 H O(L) + 2 e H (g) + 2 OH (aq) E = - 0.8277 V⎯⎯→ ٢( + ο

2 cathode2 H (aq) + 2 e H (g) E = 0.000 V⎯⎯→



(332)

ما تفاعالت األكسدة واالختزال األكثر احتماال؟) أ، ب(وفقا للفقرتني السابقتني ) جنجد أن، ))فقرة أ( أكسدة الكلوريد وأكسدة الماء( كسدةبمقارنة جھدي األ •

)عند التراكيز العالية منه(قيمتھما متقاربة ويفضل في األكسدة الكلوريد

:لوجود الشحنة السالبة عليه، لذلك فأكسدة الكلوريد ھي األكثر احتماال - ο

2 anode2 Cl (aq) Cl (g) + 2e E = - 1.3595 V⎯⎯→

فقرة( يونات الھيدروجينختزال الماء وأا( وبمقارنة جھدي االختزال •

نجد أن أيونات الھيدروجين أسھل في اختزالھا من الماء لذلك، ))ب

:فتفاعل االختزال األكثر احتماال ھو + ο

2 cathode2 H (aq) + 2 e H (g) E = 0.000 V ⎯⎯→

:وبالتايل فالتفاعل الكلي هو جمموع التفاعلني - ο

2 anode

+ ο2 cathode

at anode : 2 Cl (aq) Cl (g) + 2e.....................................E - 1.3595 V

at cathode : 2 H (aq) + 2 e H (g)......................................E 0.000 V___________

⎯⎯→ =

⎯⎯→ =

+ - ο2 2 cell

________________________________________________________ 2 H (aq) + 2 Cl (aq) H (g) + Cl (g) .......E - 1.3595 V⎯⎯→ ↑ ↑ =

الماء أيضا و الكلوريد لكلوريد أن يتأكسدويمكن عند التركيزات المنخفضة أليون ا

: فتكون تفاعالت التأكسد الحادثة ھي + ο

2 2 anode

- ο2 anode

2H O O + 4H + 4e E 1.229 V

2 Cl (aq) Cl (g) + 2e E = - 1.3595 V

⎯⎯→ = −

⎯⎯→



(333)

ملصهور كلوريد الصوديوم كهربائيالتحليل ال) ٢Electrolysis of Molten NaCl

مصھور (decompose)يمكنه أن يفكك كھربائيالتحليل ال •

. كلوريد الصوديوم

صوديوم لعملية يغمر زوج من األقطاب في كلوريد وفي ھذه ا •

األشكال انظر ( االنصھارنقي والذي سخن حتى درجة حرارة

)١٠-١٦( –) ٧-١٦((.

فإن أيونات الصوديوم (molten liquid)في السائل المصھور •

(Na+) والكلوريد(Cl-) لھما حرية الحركة

(free to move) حيث تنجذب ،(are attracted) أيونات

الصوديوم الى القطب السالب، وأيونات الكلوريد الى القطب

. الموجب

فإن negative electrode)القطب السالب (وعند المھبط •

أيونات الصوديوم تختزل إلى ذرات الصوديوم ، وعند المصعد

تتأكسد أيونات ) positive electrodeالقطب الموجب (

. الكلوريد+

-2

2Na (in melt) + 2e 2Na(L) (cathode , reduction)

2Cl (in melt) Cl (g) + 2e (anode, oxidation) ----------------------------------------------------------------------------------

⎯⎯→

⎯⎯→

+ -2

--------- 2Na (in melt) + 2Cl (in melt) 2Na(L) + Cl (g) (net cell reaction)⎯⎯→



(334)

).خلية إليكتروليتية( كھربائيخلية تحليل : )٧- ١٦(شكل

Fig. (16-8) : Electrolysis of molten sodium chloride.



(335)

Fig. (16-9) : Apparatus for electrolysis of molten sodium chloride

Fig. (16-10) : Electrolysis of molten sodium chloride. Chloride ions are oxidized to Cl2 gas at the anode, and Na+ ions are reduced to sodium metal at the cathode.



(336)

Fig. (16-11) : a) Apparatus for electrolysis of molten sodium chloride. b) The Downs cell, the apparatus in which molten sodium chloride is commercially electrolyzed to produce sodium metal and chlorine gas. The liquid Na floats on the denser molten NaCl.

Fig. (16-12) : A schematic picture of the electrolytic cell used in the Dow process for magnesium. The electrolyte is molten magnesium chloride. As the current generated by the external source passes through the cell, magnesium metal is produced at the cathode and chlorine gas is produced at the anode.



(337)

ملصهور كلوريد الصوديوم كهربائيالتحليل ال خلية عملطريقة ل الكھربائي والتي تقوم بضخ تستخدم البطارية في خاليا التحلي )١

وذلك عبر سلك –بطريقة مشابھة لمضخة المياه -إللكترونات ا

.موصل في دائرة مغلقة

يستخدم لعملية التحليل الكھربائي قطبان خامالن مثل البالتين أو )٢

. الفحم، ومغموران في المصھور ومتصالن بقطب البطارية

الى المھبط (+Na)وديوم عند غلق الدائرة تنتقل أيونات الص )٣

: وينتج بذلك الصوديوم (discharge)) تفريغ(ويحصل لھا تعادل reduction+ــتزال 2Na اخــ (L) + 2e 2Na(s) at cathode ⎯⎯⎯⎯→

لموجب لطرف االى القطب المتصل با (-Cl)تنتقل أيونات الكلور )٤

، ويحدث تفريغ أليونات الكلور وبذلك ينطلق )أي المصعد(للبطارية

: الغاز بين القطبين oxidation-

ــدة2 2Cl أكســ (L) Cl (g) + 2e at anode⎯⎯⎯⎯→

ويكون . وكلما كان فرق الجھد كبيرا كلما كانت حركة األيونات أسرع

: التفاعل الكلي overall reaction+ -

ــة2 ــ ــ ــي للخليــ ــ ــ ــل الكلــ ــ ــ 2Na التفاعــ (L) + 2Cl (L) 2Na(s) + Cl (g) ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→

والخطوات المذكورة ھي مختصرة جدا، وإال فإن كل خطوة تتكون من

. خطوات عديدة



(338)

تؤخذ فيھا ومن الناحية الصناعية فإن ھذه العملية تتم بطريقة •

لمنع اختالط غاز الكلور بذرات الصوديوم الالزمة االحتياطات

ألن حدوث ذلك سيؤدي إلى إعادة تكوين كلوريد الصلبة المتكونة،

: الصوديوم مرة أخرى حيث أن التفاعل التالي 1

2 2Na(s) + Cl (g) NaCl(s)⎯⎯→

درھا ة ق ة حراري اث طاق ى انبع ؤدي إل دوث وي ھل الح (kJ 411)س

. ل تكوين مول واحد من كلوريد الصوديوم الصلبمقاب

واحدة من الطرق التي يحصل من خاللھا على والطريقة السابقة •

بعد إجرائھا من قبل )م١٨٠٦(منذ عام الصوديوم والكلورعنصر

أحد رواد الكيمياء (Humphrey Davy)اإلنجليزي ھمفري ديفي

. الكھربائية

لتمييز بين نوعين مختلفين من اللھا بدأت عملية اخوھي التي من •

واآلخر سمي اإللكتروني أو المعدنيالتوصيل أحدھما سمي التوصيل

. التوصيل األيوني أو اإلليكتروليتي



(339)

مثال تطبيقي معدن البوتاسيوم حضر أول ما حضر بواسطة العالم ھمفري دايفي

ام ي ع ل ال )م١٨٠٧(ف ائيبالتحلي يد كھرب ھور ھيدروكس لمص

.(KOH)تاسيوم البو

)١٣-١٦(شكل

أعاله، ثم بين اتجاه ) ١٣-١٦(حدد المصعد والمھبط من الشكل ) ١

. اإللكترونات تدفق

.................................................................................

. أكتب معادالت موزونة للمصعد والمھبط والتفاعل الكلي) ٢ دةتفاعل األكس

تفاعل االختزال

التفاعل الكلي



(340)

احملمض حبمض الكربيت للماء كهربائيالتحليل ال) ٣ ا كهربائيإنتاج اهليدروجني

Electrolytic Production of Hydrogen ل ال • ن التحلي دروجين م اج الھي ن إنت ائييمك اء كھرب للم

ه ))١٥-١٦( -)١٤-١٦(شكل ( ذي في رتين تضاف وال رة أو قط قط

إلى الماء المقطرالكبريت من حمض

تضـاف قطـرات مـن محـض الكربيـت اىل املـاء املقطـر أثنـاء : علل ) س حتليله كهربيا؟

اء) ج ال للكھرب ول موص ل المحل لجع

(to make the solution conductive). وم ه من المعل اء ألن أن الم

ل الكھر ر ال يوص اء المقط ق(ب كل دقي يل أو بش ر إن توص اء المقط الم

).ضعيف جدا لدرجة يمكن القول معھا أنه غير موصل للكھرباء

لتحليل الماء المقطر المحمض بحمض التفاعل الكھروكيميائي الكلي •

: الكبريت كھربياο

2 2 2 cell2H O(L) 2H (g) + O (g) E = - 1.24 V⎯⎯→

ناتج من جمع تفاعل األكسدة وتفاعل االختزالوالتفاعل الكلي السابق ھو •

.(cathode)، والھيدروجين عند المھبط (anode) األكسجين عند المصعدوينتج •

+ تفاعل األكسدة2 22H O(L) O (g) + 4H + 4e (anode, oxidation)⎯⎯→

+ تفاعل االختزال24H (aq) + 4e H (g) (cathode, reduction) ⎯⎯→

2 التفاعل الكلي 2 22H O(L) O (g) + H (g) overall cell reaction⎯⎯→



(341)

دإن • ل جھ ز أق ون (minimum voltage) ميل ل يك ذا التفاع لھ(1.24 V) لكن فرط الجھد ،(overvoltage) ة يتطلب في التجرب

.(V 2)جھدا أعلى في حدود

Fig (16-14) : A diagram showing the electrode reactions during the electrolysis of water.

Fig. (16-15) : Apparatus for small-scale electrolysis of water. The volume of hydrogen gas generated (left column) is twice that of oxygen gas (right column).



(342)

مزيد من القراءة شكل (للماء احملمض حبمض الكربيت لديك خلية التحليل الكهربائي

: التالية ) ١٦-١٦

)١٦- ١٦(شكل

: علمت جهود االختزال التالية فإذا - ο

2 2 cathode

+ ο2 cathode

+2 2

2 H O (L) + 2 e H (g) + 2 OH (aq) E = - 0.8277 V

2 H (aq) + 2 e H (g) E = 0.000 V

O + 4H + 4e 2H O

⎯⎯→

⎯⎯→

⎯⎯→ οcathode

2- 2- ο2 8 4 cathode

E 1.229 V

S O + 2e 2SO E = 2.000 V

=

⎯⎯→

وفقا جلهود االختزال السابقة اكتب تفاعالت األكسدة احملتملة) أ١( + ο

2 2 anode2H O O + 4H + 4e E 1.229 V⎯⎯→ = − ٢( 2- 2- ο

4 2 8 anode2SO S O + 2e E = - 2.00 V⎯⎯→ وفقا جلهود االختزال السابقة اكتب تفاعالت االختزال احملتملة) ب١( - ο

2 2 cathode2 H O (L) + 2 e H (g) + 2 OH (aq) E = - 0.8277 V⎯⎯→ ٢( + ο

2 cathode2 H (aq) + 2 e H (g) E = 0.000 V⎯⎯→



(343)

ما تفاعالت األكسدة واالختزال األكثر ) أ، ب(وفقا للفقرتني السابقتني ) ج احتماال؟

نجد ))فقرة أ(أكسدة الكبريتات وأكسدة الماء (ة بمقارنة جھدي األكسد •كسدة األكثر أن أكسدة الماء أسھل من أكسدة الكبريتات لذلك فتفاعل األ

:احتماال ھو + ο

2 2 anode2H O O + 4H + 4e E 1.229 V⎯⎯→ = − الختزال الماء وأيونات الھيدروجين( بمقارنة جھدي االختزال •

نجد أن أيونات الھيدروجين أسھل في اختزالھا من ))فقرة ب(

:اعل االختزال األكثر احتماال ھو الماء لذلك فتف+ ο


: الكلي هو جمموع التفاعلني األكثر احتماال وبالتايل فالتفاعلο

cathode

+ ο2 2 anode

+2 ......................E = 0.000 V

at anode : 2 H O (L) O (g) + 4 H + 4 e.................E = - 1.229 V

at cathode : 2 2H (aq) + 2e H (g)

__

⎯⎯→ ↑

⎡ ⎤× ⎯⎯→ ↑⎣ ⎦

ο2 2 2 cell(g) (g)

___________________________________________________________________ 2 H O(L) O + H ......................E = - 1.229 V ↑ ↑⎯⎯→



(344)

يف وسط مائي كهربائيالتحليل ال

ملاذا كان التحليل الكهربائي ملصهور األمالح مكلفا؟) س

لمصھور األمالح تفاعل مكلف بسبب أنه كھربائيالتحليل ال •

المصعد والمھبط جعل تفاعالتيحتاج الى الطاقة لصھر الملح ول

.تحدث

ما التفاعالت التي تتنافس عند التحليل الكهربائي للمحلول؟) س

ة، • ل المائي ي المحالي ذيب ف زال الم دة واخت ة أكس د إمكاني توج

. باإلضافة الى إمكانية أكسدة واختزال أيونات المذاب

اتيون • زال ك اء أو اخت ذاب أو الم ون الم دة أني ال أكس وإن احتم

ذاب أو الم اعلين الم بية للتف ھولة النس ى الس د عل اء، يعتم

. المتنافسين

ل ال • ائيوبالتالي فإنه عند إتمام عملية التحلي ائي، كھرب في وسط م

ات اعالت األقطاب، فضال عن األيون يمكن أن تدخل الماء في تف

. الناتجة من المادة المذابة

ملاذا كـان التحليـل الكهربـي للمحاليـل اإللكرتوليتيـة أكثـر ) س تعقيدا من التحليل الكهربي للمصاهري؟

بسبب أكثر تعقيدا للمحاليل المائية لإللكتروليتات كھربائيالتحليل ال

.ختزالقدرة الماء على التأكسد واال



(345)

واالختزال للماء؟ ةاكتب تفاعالت األكسد) س+ تفاعل األكسدة

2 22H O(L) O (g) + 4H (aq) + 4e⎯⎯→

- تفاعل االختزال2 22H O(L) + 2e H (g) + 2OH (aq)⎯⎯→

عند التحليل الكهربي للمحاليل احلامضية ما التفاعالت احملتملة لالختزال؟) س١( -

2 22H O(L) + 2e H (g) + 2OH (aq)⎯⎯→ ٢( +

22H (aq) + 2e H (g)⎯⎯→ ٣( z+M (aq) + ze M⎯⎯→

:لكن التفاعل +

22H (aq) + 2e H (g)⎯⎯→

.حاليل المخففةا في معظم الميليس تفاعال رئيس

ما تفاعالت األكسدة واالختـزال يف خليـة التحليـل الكهربـي ) س ملصهور يوديد البوتاسيوم؟

- تفاعل األكسدة ο2 anode2I I + 2e E = - 0.5355 V⎯⎯→

+ تفاعل االختزال οcathode2 K + e K E = - 2.925 V⎡ ⎤× ⎯⎯→⎣ ⎦

+ التفاعل الكلي - ο2 cell2K 2I K + I E 3.4605 V+ ⎯⎯→ = −

ذا مررنا الكھرباء خالل محلول إمن تفاعالت يحدث سماذا لكن ) س

، بدال من الملح المصھور؟ (KI)مائي لملح، مثل يوديد البوتاسيوم

يجب أوال كھربائيلھذا التحليل ال (outcome)لكي نتنبأ بالنتيجة

أن نقرر ما الذي في المحلول يمكن أن يتأكسد ويختزل وسنتناول

.ھذا بالشرح في الجزء التالي



(346)

(KI)حمللول يوديد البوتاسيوم بائيكهرالتحليل ال) ٤

فإن المحلول يحتوي KI(aq) محلول يوديد البوتاسيومبالنسبة لـ •

، وجزيئات (-I)وأيونات اليوديد (+K)على أيونات البوتاسيوم

. H2Oالماء

البوتاسيوم في األصل في حالة األكسدة الشائعة القصوى لذلك •

. ال يمكن أن يتأكسد

وجزيئات الماء يمكنھا أن (-I)ات على كل حال فإن أيون •

. تتأكسد

:لذلك فإن تفاعالت األكسدة المحتملة تكون •١( -

22I (aq) I (s) + 2e ⎯⎯→ ٢( +

2 22H O(L) O (g) + 4H (aq) + 4e ⎯⎯→

دما و • ون عن ة يك اعالت الكھروكيميائي ن التف ر م اعالن أو أكث تف

ب، س القط د نف دوثھما عن ن ح دول يمك ى ج الرجوع ال ن ب يمك

ة الس لة الكھروكيميائي اال لس ر احتم ل األكث د أي تفاع ألن تحدي

.تحت الظروف القياسية يحدث

:فإذا علمت أن تفاعالت االختزال وجھودھا كالتالي •- ο

2 cathode

+ ο2 2 cathode

I + 2e 2I E = 0.5355 V

O + 4H + 4e 2H O E 1.229 V

⎯⎯→

⎯⎯→ =



(347)

ر • و األكث ه ھ د اختزال ي جھ ة ف ل إيجابي د أن األق ن القواع وم

. ليكون نصف تفاعل أكسدة احتماال

د لذلك فأكسدة أ • ى (-I)يون اليودي د اال (I2)ال ة جھ ه قيم زال ل خت

.األقل لذلك فھو األكثر احتماال ليكون تفاعل المصعد- ο

2 anode2I I + 2e E = - 0.5355 V⎯⎯→

دال تفاعلي أكسدةويمكن للتبسيط المقارنة بين • ود األكسدة ب بجھ

قيمة في جھد األكسدة ھو فاألعلىوبالتالي من جھود االختزال،

: بة كما يلي الذي له الغل

١( - ο2 anode2I I + 2e E = - 0.5355 V⎯⎯→

٢( + ο2 2 anode2H O O + 4H + 4e E 1.229 V⎯⎯→ = −

بين قيمتي األكسدة نجد أن جھد األكسدة لليوديد أعلى من وبالمقارنة لألعلى قيمة وھو ةجھد األكسدة للماء، وبالتالي فالغلبة في األكسد

اعل األكثر ، وبالتالي فالتف، فھو أسھل في أكسدته من الماءاليوديد : احتماال ھو

- ο2 anode2I I + 2e E = - 0.5355 V⎯⎯→

ا اال (two species)ومن ھنا يبقى صنفان • د يمكنھم زال عن خت

ا بط وھم يوم : المھ ون البوتاس اء (+K)أي ات الم . وجزيئ

اعالت اال ى وتف ا عل دا اختزالھم نفين وجھ ذين الص زال لھ خت

:النحو التالي



(348)

١( + οcathodeK (aq) + e K(s) E = - 2.925 V⎯⎯→

٢( - ο2 2 cathode2H O(L) + 2e H (g) + 2OH (aq) E = - 0.8277 V⎯⎯→

أعلى من للماء االختزالنجد أن جھد االختزالوبالمقارنة بين قيمتي لألعلى االختزالوبالتالي فالغلبة في ، أليون البوتاسيوم االختزالجھد

، وبالتالي الماء، فھو أسھل في اختزاله من أيون البوتاسيومقيمة وھو : ھو فالتفاعل األكثر احتماال

- ο2 2 cathode2H O(L) + 2e H (g) + 2OH (aq) E = - 0.8277 V⎯⎯→

ل ال وبناء • إن التحلي ا سبق، ف ائيعلى م ـ لل كھرب ائي ل ول الم محل

(KI) يعطي التفاعالت األكثر احتماال التالية : - تفاعل األكسدة ο

2 anode2I (aq) I (s) + 2e E = - 0.535 V⎯⎯→ - تفاعل االختزال ο

2 2 cathode2H O(L) + 2e H (g) + 2OH (aq) E = - 0.8277 V⎯⎯→ - التفاعل الكلي - ο

2 2 2 cell2I (aq) + 2H O(L) I (s) + H (g) + 2OH (aq) E = - 1.363 V⎯⎯→

ول • ات خالل محل ا تمرر الكترون ي فيھ ة والت ومن خالل التجرب

ائي كل ( (KI)م ؤات ))١٧-١٦(ش ذه التنب دل أن ھ ا ت فإنھ

. صحيحة) أكسدة اليوديد واختزال الماء(

عد • د المص ن (فعن ن م زء األيم كل الج د ) )١٧-١٦(الش اليودي

فر ي مص ون بن تج ل ذي ين ود، وال ى الي د ال يتأكس

(yellow-brown color) في المحلول .

بط، • د المھ زل وعن اء يخت ات إالم دروجين وأيون از الھي ى غ ل

. الھيدروكسيد

اللون البنفسجي (-OH)وتكوين زيادة من • د (pink)يظھر ب عن

. إضافة دليل الفينولفثالين الى المحلول



(349)

Fig. (16-17) : The electrolysis of aqueous potassium iodide. a) Aqueous KI is found in all three compartments of the cell, and both electrodes are platinum. At the positive electrode, or anode (right), the I- ion is oxidized to iodine, which gives the solution a yellow–brown color.

-22I (aq) I (aq) + 2e⎯⎯→

At the negative electrode, or cathode (left), water is reduced, and the presence of OH- ion is indicated by the pink color of the acid-base indicator, phenolphthalein.

-2 22H O(L) + 2e H (g) + 2OH (aq)⎯⎯→

b) A closed-up of the cathode of a different cell running the same reaction. Bubbles of H2(g) and evidence of OH- generation at the electrode are readily apparent.



(350)

مزيد من القراءة) ١٨-١٦شكل (لديك خلية التحليل الكهربائي حمللول يوديد البوتاسيوم

: التالية

)١٨-١٦(شكل

: تزال التالية فإذا علمت جهود االخ- ο

2 2 cathode

+ οcathode

-2

2 H O (L) + 2 e H (g) + 2 OH (aq) E = - 0.8277 V

K + e K E = - 2.925 V

I + 2e 2I

⎯⎯→

⎯⎯→

⎯⎯→ οcathode

+ ο2 2 cathode

E = 0.5355 V

O + 4H + 4e 2H O E 1.229 V⎯⎯→ =


2 2 anode2H O O + 4H + 4e E 1.229 V⎯⎯→ = − ٢( - ο

2 anode2I I + 2e E = - 0.5355 V⎯⎯→ وفقا جلهود االختزال السابقة اكتب تفاعالت االختزال احملتملة ) ب١( - ο


cathodeK + e K E = - 2.925 V⎯⎯→ ما تفاعالت األكسدة واالختزال األكثر احتماال؟) أ، ب(وفقا للفقرتني السابقتني ) ج

أن نجد) فقرة أ(أكسدة اليوديد وأكسدة الماء( سدةبمقارنة جھدي األكأكسدة اليوديد أسھل من أكسدة الماء لذلك فتفاعل األكسدة األكثر احتماال

:ھو- ο

2 anode2I I + 2e E = - 0.5355 V⎯⎯→



(351)

ختزال الماء وأيونات البوتاسيومال( بمقارنة جھدي االختزالو

نجد أن الماء أسھل في اختزاله من أيونات البوتاسيوم )فقرة ب(

: ھو االختزال األكثر احتماال لذلك فتفاعل - ο

2 2 cathode2 H O (L) + 2 e H (g) + 2 OH (aq) E = - 0.8277 V⎯⎯→

: ين األكثر احتماال وبالتالي فالتفاعل الكلي ھو مجموع التفاعل- ο

2 anode

- ο2 2 cathode

2 I (aq) I (s) + 2 e E = - 0.5355 V

2 H O(L) + 2 e H (g) + 2 OH (aq) E = - 0.8277 V_____________________________

⎯⎯→

⎯⎯→

- - ο2 2 2 cell

_______________________________ 2I (aq) + 2 H O(L) I (s) + H (g) + 2 OH (aq) E = - 1.363 V⎯⎯→



(352)

مزيد من القراءةائي • ل كھرب ة تحلي ى خلي ه عل ب تطبيق ذي يج د ال إن الجھ

(electrolysis cell) ر ا أكب ون دائم وب يك ن المحس م

(calculated) ود ن جھ زالم ية االخت القياس

(standard reduction potentials).

ادةلى ونحتاج إ • د في زي ذي (overvoltage is required)الجھ وال

د افة جھ ن إض ارة ع و عب ب ھ د (overcome)للتغل ى تقيي عل

د( ال (limitations of electrons)) تحدي دل انتق مع

رون ي السطح الفاصل (electron transfer rate)اإللكت ف

(interface) والمحلولبين القطب .

دوكس • اعالت الري من (redox reactions)إن تف ي تتض الت

وين ون عرضة (formation)تك دروجين تك جين أو ھي أكس

. (large overvoltages)لفرط جھد عال

ة • ه بدق ؤ ب ن التنب د ال يمك رط الجھ بب أن ف وبس

(cannot be predicted accurately) دة فإن الطريقة الوحي

.حديد بال شك ھو بتنفيذ التجربةللت



(353)

(NaCl)حمللول كلوريد الصوديوم كهربائيالتحليل ال) ٥ )ملح الطعام(

Electrolysis of Aqueous NaCl لمحلول كلوريد الصوديوم بين كھربائيإذا أجري التحليل ال •

دون (-Cl)أقطاب خاملة، يحدث تعادل لألنيونات

. لماء بدال منھاحيث يختزل ا (+Na)الكاتيونات

لمحلول كلوريد الصوديوم كھربائيوتكون تفاعالت التحليل ال •

:كاآلتي

- تفاعل األكسدة2At anode : 2Cl (aq) Cl (g) + 2e⎯⎯→

- تفاعل االختزال2 2At cathode : 2H O(L) + 2e H (g) + 2OH (aq)⎯⎯→


بجمع المعادلتين السابقتين للحصول على التفاعل الكلي-

2

-2 2

- -2 2 2

At anode : 2Cl (aq) Cl (g) + 2e

At cathode : 2H O(L) + 2e H (g) + 2OH (aq)

2H O(L) + 2Cl (aq) H (g) + Cl (g) + 2OH (aq)

⎯⎯→

⎯⎯→

−−− − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − −

⎯⎯→

ا أن ائج تخبرن ذه النت ن (+Na)وھ زاال م عب اخت أص

أسھل أكسدة من (-Cl)الماء، تحت ھذه الظروف، بينما

اء د -الم اء ويتأكس زل الم اذا يخت ا لم رح لن ذا يش وھ

.الكلوريد



(354)

ذكر، • ر ي وحيث أن أيونات الصوديوم تبقى في المحلول دون تغي

:يحدث التفاعل التالي + - + -

2 2 22H O (L) + 2(Na , Cl ) (aq) H (g) + Cl (g) + 2(Na , OH )(aq)⎯⎯→

از • دروجين وغ از الھي ا لغ ة مصدرا تجاري ذه الطريق ر ھ وتعتب

الكلور

ل ال • ائيوبعد تبخير المحلول بعد عملية التحلي ى كھرب نحصل عل

. (NaOH)ھيدروكسيد الصوديوم

ل ال • ذا التحلي ة ھ ة نتيج ين بالتجرب ائيويمكن أن نع ك كھرب ، وذل

. بببساطة، بفحص النواتج المتكونة عند األقطا

المركزة، ينتج غاز الكلور عند NaClوھنا نجد أنه في محاليل •

ود عد(اآلن د ) المص دروجين عن از الھي اثود وغ بط(الك ) المھ

)).٢١-١٦( –) ١٩-١٦( أنظر األشكال(



(355)

لمحلول مائي لكلوريد الصوديوم كھربائيالتحليل ال: )١٩-١٦(شكل

Fig. (16-20) : Electrolysis of aqueous NaCl solution. Although several reactions occur at both the anode and the cathode, the end result is the production H2(g) and NaOH at the cathode and Cl2(g) at the anode.



(356)

Fig. (16-21) : Electrolysis of aqueous NaCl solution. Although several reactions occur at both the anode and the cathode, the net result is the production of H2(g) and NaOH at the cathode and Cl2(g) at the anode. A few drops of phenolphthalein indicator were added to the solution. The solution turns pink at the cathode, where OH- ions are formed and the solution becomes basic.



(357)

مزيد من القراءة) ٢٢-١٦شكل (لديك خلية التحليل الكهربائي حمللول كلوريد الصوديوم

: التالية

)٢٢-١٦(شكل

: فإذا علمت جهود االختزال التالية - ο

2 2 cathode

+ οcathode

+2 2

2 H O (L) + 2 e H (g) + 2 OH (aq) E = - 0.8277 V

Na + e Na E = - 2.714 V

O + 4H + 4e 2H O

⎯⎯→

⎯⎯→

⎯⎯→ οcathode

- ο2 cathode

E 1.229 V

Cl (g) + 2e 2 Cl (aq) E = 1.3595 V

=

⎯⎯→

جلهود االختزال السابقة اكتب تفاعالت األكسدة احملتملة وفقا ) أ١( + ο

2 2 anode2H O O + 4H + 4e E 1.229 V⎯⎯→ = − ٢( - ο

2 anode2 Cl (aq) Cl (g) + 2e E = - 1.3595 V⎯⎯→ وفقا جلهود االختزال السابقة اكتب تفاعالت االختزال احملتملة ) ب١( - ο


cathodeNa + e Na E = - 2.714 V⎯⎯→ ما تفاعالت األكسدة واالختزال األكثر احتماال؟) أ، ب(قرتني السابقتني وفقا للف) ج

في الفقرة أكسدة الكلوريد وأكسدة الماء بالتفاعلين (بمقارنة جھدي األكسدة بسبب )عند التراكيز العالية منه( أن أكسدة الكلوريد ھي المفضلة نجد )أ(

اال األكسدة األكثر احتمالشحنة السالبة عليه وتقارب جھدي األكسدة فتفاعل :ھو

- ο2 anode2 Cl (aq) Cl (g) + 2e E = - 1.3595 V⎯⎯→



(358)

الختزال الماء وأيونات الصوديوم ( وبمقارنة جھدي االختزال

نجد أن الماء أسھل في اختزاله من أيونات الصوديوم )فقرة ب(

: ھو األكثر احتماال لذلك فتفاعل االختزال - ο


: لكلي هو جمموع التفاعلني األكثر احتماال وبالتايل فالتفاعل ا- ο

2 anode

- ο2 2 cathode

at anode : 2 Cl (aq) Cl (g) + 2e................................E 1.3595 V

at cathode : 2 H O(L) + 2 e H (g) + 2 OH (aq)............E 0.8277 V____________________________

⎯⎯→ = −

⎯⎯→ = −

- - ο2 2 2 cell

____________________________________________ 2 H O(L) + 2Cl (aq) H (g) + Cl (g) + 2 OH (aq)..........E 2.1872 V

⎯⎯→ = −

عا مالماء و الكلوريد أن يتأكسدتركيزات المنخفضة ويمكن عند ال

: فتكون تفاعالت التأكسد الحادثة ھي + ο

2 2 anode

- ο2 anode

2H O O + 4H + 4e E 1.229 V

2 Cl (aq) Cl (g) + 2e E = - 1.3595 V

⎯⎯→ = −

⎯⎯→



(359)

مزيد من القراءة الصوديوم دهربي حمللول كلوريأهمية التحليل الك

ول من • إن تحول أيونات الكلوريد إلى غاز مع بقاء أيونات الصوديوم في المحل

ة وتحول جزيئات الماءجھة، إلى غاز ھيدروجين وأيونات ھيدروكسيد من جھ

ام ح الطع ول مل ي أن محل رخيص(أخرى، يعن اء ) ال ي الم (ف رخيص أيضا ) ال

ى ورغازي الھيؤدي إلى الحصول عل دروجين والكل م ي ا ھو أھ ى م إضافة إل

. وھو ھيدروكسيد الصوديوم وھذه المواد الثالثة ھامة وباھظة األثمان

ع • ة تمن ناعيا بطريق ة ص تم العملي وروت دروجين والكل ازي الھي تالط غ اخ

. ، وقد أمكن تحقيق ذلك بسھولةانفجاراتلمنع حدوث

يـل الكهربـي حمللـول كلوريـد ما أهم املشكالت التي تكـون يف عمليـة التحل) س الصوديوم وكيف أمكن حلها؟

املشكلة )١(

د ول كلوري ي لمحل ل الكھرب ة التحلي اء عملي دث أثن د تح كلة ق د مش توج

الناتج بشوائب (NaOH)وھي تلوث ھيدروكسيد الصوديوم الصوديوم

وديوم د الص ن كلوري ه، (NaCl)م ر نفس ل غي ا ح كلة لھ ذه مش وھ

ل في فيه حتى اآلن لم مرغوب ة، وتتمث ة ضارة بالبيئ ا له من آثار جانبي

وديوم يد الص وث ھيدروكس ع تل ق لمن تعمال الزئب ب اس ل يتطل أن الح

(NaOH) وديوم د الص ى (NaCl)بكلوري تعمال إل ذا االس ؤدي ھ وي

وث ا يعني حدوث أضرار التل ات مم ق مع المخلف خطورة تسرب الزئب

. البيئي بالزئبق



(360)

املشكلة )٢(

ا تتضمن ع ل كم ة التحلي د الصوديومملي ول كلوري ة لمحل إمكاني

: تفاعل أيونات الھيدروكسيد مع غاز الكلور - - -

2 2Cl + 2OH Cl + OCl + H O⎯⎯→

يد وث أيضا ھيدروكس ي تل ات الھيبوكلوريت الت حيث تنتج أيون

اتج از الصوديوم الن ن غ ريع م التخلص الس ك ب ي ذل تم تالف وي

.الكلور

لول هيبوكلوريت الصوديوم؟كيف يتم احلصول على حم) س

ع ھروب يرج المحلول بشدة عند الرغبة في الحصول على الھيبوكلوريت لمن

د ول كلوري ن محل دريجيا م ول ت ول المحل ى تح ؤدي إل ا ي ور مم از الكل غ

ول ھيبوكلوريت صوديوم (NaCl)الصوديوم ى محل ويؤخذ (NaOCl)إل

ك مثل ھذا المحلول ويخفف ثم يباع على أنه سوائل ال ذل ة، مث الغسيل المنظف

. الكلوركس



(361)

املائي حمللول كربيتات النحاس كهربائيالتحليل ال) ٦Electrolysis of Aqueous CuSO4

ل ال • ة التحلي ي عملي ائيف ين كھرب اس ب ات النح ول كبريت لمحل

ة ات الحامل ادل الكاتيون ذي يحدث أن تتع إن ال املين، ف قطبين خ

ار يك أي(للتي ات النحاس بة +Cu2)ون ك بالنس دث ذل ، وال يح

ات ات (لألنيون SO4)الكبريتات -2 د جزيئ ك تتأكس ن ذل دال م وب

:الماء +

2 2

2+

At anode : 2H O(L) O (g) + 4H (aq) + 4e

At cathode : Cu (aq) + 2e Cu(s)

⎯⎯→

⎯⎯→

:وبجمع المعادلتين نحصل على التفاعل الكلي

+2 2

2+

2+ +2 2

at anode : 2H O (L) O (g) + 4H (aq) + 4e

at cathode : 2Cu (aq) + 4e 2Cu(s) ------------------------------------------------------------------------- 2H O(L) + 2Cu (aq) O (g) + 4H (aq

⎯⎯→

⎯⎯→

⎯⎯→ ) + 2Cu(s)

ل ا ة التحلي ي عملي ه ف ة، أن واتج المتكون ن الن ائيلويتضح م كھرب

ون لمحلول كبريتات النحاس المائي يكون الماء أسھل أكسدة من أي

. أسھل من الماء (+Cu2)، ويكون اختزال الكبريتات

ل • ة التحلي اء عملي ه أثن ة أن ة بالتجرب ذه النتيج دت ھ د وج وق

ائيال ود، ويترسب كھرب د اآلن جين عن ات األكس ، تتصاعد فقاع

. دغالف أحمر من فلز النحاس على الكاثو



(362)

مزيد من القراءةشكل ( (II)كربيتات النحاس لديك خلية التحليل الكهربائي حمللول

: التالية ) ٢٣-١٦

)٢٣-١٦(شكل


2 2 cathode

2+ οcathode

+2 2

2 H O (L) + 2 e H (g) + 2 OH (aq) E = - 0.8277 V

Cu + 2e Cu E = 0.337 V

O + 4H + 4e 2H O

⎯⎯→

⎯⎯→

⎯⎯→ οcathode


E 1.229 V

S O + 2e 2SO E 2.000 V

=

⎯⎯→ =

وفقا جلهود االختزال السابقة اكتب تفاعالت األكسدة احملتملة ) أ١( + ο

2 2 anode2H O O + 4H + 4e E 1.229 V⎯⎯→ = − ٢( 2- 2- ο

4 2 8 anode2SO S O + 2e E 2.00 V⎯⎯→ = − وفقا جلهود االختزال السابقة اكتب تفاعالت االختزال احملتملة) ب١( - ο

2 2 cathode2 H O (L) + 2 e H (g) + 2 OH (aq) E = - 0.8277 V⎯⎯→ ٢( 2+ ο

cathodeCu + 2e Cu E = 0.337 V⎯⎯→ كثر احتماال؟ما تفاعالت األكسدة واالختزال األ) أ، ب(وفقا للفقرتني السابقتني ) ج

))بالقرة أ(أكسدة أيون الكبريتات وأكسدة الماء (بمقارنة جھدي األكسدة أن أكسدة جزيئات الماء أسھل من أكسدة أيون الكبريتات لذلك فتفاعل نجد

:األكسدة األكثر احتماال ھو + ο

2 2 anode2H O O + 4H + 4e E 1.229 V⎯⎯→ = −



(363)

فقرة (سيك الختزال الماء وأيونات النحا( وبمقارنة جھدي االختزال

نجد أن أيون النحاس أسھل في اختزاله من جزيئات الماء )) ب

:لذلك فتفاعل االختزال األكثر احتماال ھو2+ ο

cathodeCu + 2e Cu E = 0.337 V⎯⎯→

: وبالتالي فالتفاعل الكلي ھو مجموع التفاعلين األكثر احتماال + ο

2 2 anode

2+ οcathode

2

2H O O + 4H + 4e E 1.229 V

2 Cu + 2e Cu E = 0.337 V

_________________________________________________2H O(L)

⎯⎯→ = −

⎡ ⎤× ⎯⎯→⎣ ⎦

2+ +2 + 2Cu (aq) O (g) + 4H (aq) + 2Cu(s) ⎯⎯→ ↑



(364)

املائيحمللول كلوريد النحاسيك يكهربائالتحليل ال) ٧Electrolysis of Aqueous CuCl2

ل ال • ائيفيما تعلمناه من التحلي ل كھرب (CuSO4, NaCl)لمحالي

ائيالمائية على التحليل ال ول كھرب ع (CuCl2)لمحل نحن نتوق ف

د، وأن ون الكلوري اء وأي أن النوعين الممكن أكسدتھما ھما الم

. )Cu+2(اختزالھما ھما الماء و النوعين الممكن

اء، وأن -Cl)(ومما سبق علمنا أن • (+Cu2)أسھل أكسدة من الم

:فإننا نتوقع التفاعالت التالية لذلك أسھل اختزاال من الماء، -

2

2+

- 2+ 2

at anode : 2Cl (aq) Cl (g) + 2e

at cathode : Cu (aq) + 2e Cu(s) -------------------------------------------------------- 2Cl (aq) + Cu (aq) Cu(s) + Cl (g)

⎯⎯→

⎯⎯→

⎯⎯→

. وھذا بالفعل ما يحدث عمليا



(365)

مزيد من القراءة) ٢٤-١٦شكل ( (II)حمللول كلوريد النحاس لديك خلية التحليل الكهربائي

: التالية

)٢٤-١٦(شكل


2 2 cathode

2+ οcathode

+2 2

2 H O (L) + 2 e H (g) + 2 OH (aq) E = - 0.8277 V

Cu + 2e Cu E = 0.337 V

O + 4H + 4e 2H O

⎯⎯→

⎯⎯→

⎯⎯→ οcathode

- ο2 cathode

E 1.229 V

Cl + 2e 2Cl E 1.3595 V

=

⎯⎯→ =


2 2 anode2H O O + 4H + 4e E 1.229 V⎯⎯→ = − ٢( - ο

2 anode2Cl Cl + 2e E 1.3595 V⎯⎯→ = − وفقا جلهود االختزال السابقة اكتب تفاعالت االختزال احملتملة) ب١( - ο


cathodeCu + 2e Cu E = 0.337 V⎯⎯→ ما تفاعالت األكسدة واالختزال األكثر احتماال؟) أ، ب(وفقا للفقرتني السابقتني ) ج

))فقرة أ(كلوريد وأكسدة الماء أكسدة أيون ال(بمقارنة جھدي األكسدة أن أكسدة الكلوريد ھي المفضلة بسبب شحنته السالبة وبسبب نجد

:تقارب جھدي األكسدة لذلك فتفاعل األكسدة األكثر احتماال ھو - ο

2 anode2Cl Cl + 2e E 1.3595 V⎯⎯→ = −



(366)

فقرة (الختزال الماء وأيونات النحاسيك (وبمقارنة جھدي االختزال

اس أسھل في اختزاله من جزيئات الماء نجد أن أيون النح)) ب

:ل االختزال األكثر احتماال ھولذلك فتفاع2+ ο


: وبالتايل فالتفاعل الكلي هو جمموع التفاعلني األكثر احتماال - ο

2 anode

2+ οcathode

-

2Cl Cl + 2e E 1.3595 V

Cu + 2e Cu E = 0.337 V___________________________________________________2Cl (

⎯⎯→ = −

⎯⎯→

2+ ο2 cellaq) + Cu (aq) Cl (g) + Cu(s) E = - 1.0225 V ⎯⎯→

ويمكن عند التركيزات المنخفضة أليون الكلوريد أن يتأكسد

: الماء أيضا فتكون تفاعالت التأكسد الحادثة ھي و الكلوريد+ ο

2 2 anode

- ο2 anode

2H O O + 4H + 4e E 1.229 V

2 Cl (aq) Cl (g) + 2e E = - 1.3595 V

⎯⎯→ = −

⎯⎯→



(367)

املائي لول كربيتات الصوديومحمل كهربائيالتحليل ال) ٨Electrolysis of Aqueous Na2SO4

) ٢٥- ١٦(شكل ( لمحلول كبريتات الصوديوم كھربائيعند التحليل ل •

ونات الصوديوم ناحية الكاثود، بينما تتجه ، تتحرك أي))٢٦-١٦( –

. أيونات الكبريتات السالبة ناحية اآلنود

)ومن الصعب على كال األيونين • )+ 2-4Na , SO ھما،يأن يفقدا شحنت

فعندما يتم التحليل في وجود أقطاب خاملة، ينطلق غاز الھيدروجين

عند الكاثود، ويصبح حينئذ المحلول المحيط ب . القطب قلويا

Fig. (16-25) : The electrolysis of aqueous Na2SO4 produces H2(g) at the cathode and O2(g) at the anode. Bromthymol blue indicator has been added to the solution. This indictor turns blue in the basic solution near the cathode (where OH- is produced) and yellow in the acidic solution near the anode (where H+ is formed).



(368)

Fig. (16-26) : Electrolysis of aqueous Na2SO4 solution to produce H2(g) at the cathode and O2(g) at the anode.

: يف احمللول املائي لكربيتات الصوديوم ختزالعملية اال

:ن اختزال أيونات الصوديوم الموجبة عند الكاثود بدال مreduction+ــتزال 2Na اخــ (L) + 2e 2Na(s) at cathode ⎯⎯⎯⎯→

: فإن الذي يحدث ھو اختزال جزيئات الماء-

2 22H O(L) + 2e H (g) + 2OH (aq)⎯⎯→

ضعيف جدا، حيث يتأين من الماء النقي حوالي إلكتروليتوالماء

: طبقا للمعادلة التالية C° 25عند (% 10-7 × 2)+ -

2 32H O(L) H O (aq) + OH (aq)⎯⎯→



(369)

: والتي يمكن كتابتھا على الصورة التالية + -

22H O(L) 2H (aq) + 2OH (aq)⎯⎯→

: وتتعادل أيونات الھيدروجين الناتجة عن تفكك الماء كما يلي + -

2

+2

2H O(L) 2H (aq) + 2OH (aq)

2H (aq) + 2e H (g)

⎯⎯→

⎯⎯→

:وبجمع المعادلتين + -

2

+2

-2 2

2H O(L) 2H (aq) + 2OH (aq)

2H (aq) + 2e H (g)-------------------------------------2H O(L) H (g) + 2OH (aq)

⎯⎯→

⎯⎯→

⎯⎯→

ل املائي لكربيتات الصوديوم يف احمللو كسدةعملية األ

ات ائي لكبريت ل الم ي التحل ود، وف د اآلن دة عن ة األكس دث عملي تح

ات ه األنيون وديوم تتج )الص )2-4SO ن ي م ود، والت ة اآلن ناحي

: الصعوبة أكسدتھا والتي عند أكسدتھا تتبع التفاعل التالي 2- 2-4 2 82SO (aq) S O (aq) + 2e⎯⎯→

ا لذلك فإن ا ود، ويكون تأكسده كم د اآلن اء عن لذي يتأكسد ھو الم

:يلي +

2 22H O(L) O (g) + 4H (aq) + 4e⎯⎯→



(370)

د المصعد ود(ويتصاعد غاز األكسجين عن ول ) اآلن ويصبح المحل

. المحيط بالقطب حامضيا

:ختزال لنحصل على التفاعل الكلي وبجمع معادلتي األكسدة واال+

2 2

-2 2

+ -2 2 2

2H O(L) O (g) + 4H (aq) + 4e

4H O(L) + 4e 2H (g) + 4OH (aq)

6H O(L) O (g) + 4H (aq) + 2H (g) + 4OH (aq)

⎯⎯→

⎯⎯→

−−− − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − −

⎯⎯→

: بسيط التفاعل اإلجمالي ويمكن ت •+ -

2 2 26H O(L) O (g) + 4H (aq) + 2H (g) + 4OH (aq)⎯⎯→

: H2Oتتفاعل لينتج (+OH-, H)وذلك بمعرفة أن - +

24OH (aq) + 4H (aq) 4H O(L)⎯⎯→

ائي • ول م ل محل افي لتحلي الي الص ل اإلجم ون التفاع ذلك يك وب

:ھو (Na2SO4)مقلب لكبريتات الصوديوم

2 2 22H O(L) O (g) + 2H (g)⎯⎯→

. للماء كھربائيفاعل التحليل الوھو ببساطة ت

ات الصوديوم من التفاعالت السابقة فإن ) س في ال تشترك كبريت

ائيالتحليل ال د األقطاب كھرب ا ال تستھلك عن ى أنھ ا ھو، . بمعن فم

عندئذ، دور كبريتات الصوديوم؟

.)٢٧-١٦(شكل كھربائيالإن دورھا ھو اإلبقاء على التعادل



(371)

اء، )١ دة الم اء أكس ات تن أثن وار (+H)تج أيون ي الج ف

ويجب أن يوجد أيون سالب أيضا في ھذا . المباشر لآلنود

ق ذي يحق ون ال ة، واألي حنات الموجب ادل الش وار ليع الج

)ذلك ھو أيون )2-4SO.

اثود )٢ اء وبالمثل، عند الك ات و، حيث يتأكسد الم تج أيون تن

(OH-) ، ب ذلك يج د وب اتأن توج ادل م أيون ة لتع وجب

ات ى أيون حنات عل ول (-OH)الش ذلك المحل تحفظ ب ف

. متعادال كھربائيا

كل وديوم: ) ٢٧-١٦(ش ات الص ائي لكبريت ول م ائي لمحل ل الكھرب زم . التحلي تل

د ة عن ات المتكون حنات األيون ة ش ات لمقابل ات الكبريت وديوم وأيون ات الص أيون .كھربائياألقطاب وبالتالي للحفاظ على التعادل ال



(372)

مزيد من القراءة) ٢٨- ١٦شكل (لديك خلية التحليل الكهربائي حمللول كربيتات الصوديوم

: التالية

)٢٨-١٦(شكل


2 2 cathode

+ οcathode

+2 2

2 H O (L) + 2 e H (g) + 2 OH (aq) E = - 0.8277 V

Na + e Na E = - 2.714 V

O + 4H + 4e 2H O

⎯⎯→

⎯⎯→

⎯⎯→ οcathode


E 1.229 V

S O + 2e 2SO E 2.00 V

=

⎯⎯→ =

ة وفقا جلهود االختزال السابقة اكتب تفاعالت األكسدة احملتمل) أ١( + ο

2 2 anode2H O O + 4H + 4e E 1.229 V⎯⎯→ = − ٢( 2- 2- ο

4 2 8 anode2SO S O + 2e E 2.00 V⎯⎯→ = − وفقا جلهود االختزال السابقة اكتب تفاعالت االختزال احملتملة ) ب١( - ο


cathodeNa + e Na E = - 2.714 V⎯⎯→ األكثر احتماال؟ ما تفاعالت األكسدة واالختزال) أ، ب(وفقا للفقرتني السابقتني ) ج

أن نجد) فقرة أ(أكسدة أيون الكبريتات وأكسدة الماء (بمقارنة جھدي األكسدة

أكسدة جزيئات الماء أسھل من أكسدة أيون الكبريتات لذلك فتفاعل األكسدة

:األكثر احتماال ھو + ο

2 2 anode2H O O + 4H + 4e E 1.229 V⎯⎯→ = −



(373)

ديوم الختزال الماء وأيونات الصو( جھدي االختزالوبمقارنة

نجد أن جزيئات الماء أسھل في اختزالھا من أيونات )فقرة ب(

: الصوديوم لذلك فتفاعل االختزال األكثر احتماال ھو - ο


: وبالتايل فالتفاعل الكلي هو جمموع التفاعلني األكثر احتماال + ο

2 2 anode

- ο2 2 cathode

2H O(L) O (g) + 4H (aq) + 4e.............................. E 1.229 V

2 2 H O (L) + 2 e H (g) + 2 OH (aq) ...............E = - 0.8277 V

____________________________________________

⎯⎯→ = −

⎡ ⎤× ⎯⎯→⎣ ⎦

+ - ο2 2 2 cell

_________________6H O(L) O (g) + 4H (aq) + 2H (g) + 4OH (aq).......... E = - 2.0567 V⎯⎯→

: والتفاعل الكلي األخري ميكن اختصاره كما يلي + -

2 2 2

2 2 2 2

2 2 2

6H O(L) O (g) + 4H (aq) + 2H (g) + 4OH (aq)

6H O(L) O (g) + 2H (g) + 4H O

2H O(L) O (g) + 2H (g)

⎯⎯→

⎯⎯→

⇒ ⎯⎯→

ل و إال تحلي ا ھ وديوم م ات الص ائي لكبريت ل الكھرب ي أن التحلي ا يعن مم . كھربائي للماء

ا ال ى أنھ ائي بمعن ل الكھرب ذا التحلي ات الصوديوم في ھ وال تشترك كبريتاب د األقط تھلك عن ا اإلب. تس ون دورھ ائي ويك ادل الكھرب ى التع اء عل ق

. للمحلولود (+H)تنتج أيونات فأثناء أكسدة الماء، ويجب . في الجوار المباشر لآلن

ون ة، واألي ادل الشحنات الموجب أن يوجد أيون سالب أيضا في الجوار ليعSO4)الذي يحقق ذلك ھو أيون

2-) . اثود، د الك ات وبالمثل عن تج أيون ات ، يجب أن توج(-OH)حيث تن د أيون

ات ى أيون حنات عل ادل الش ة لتع ول (-OH)موجب ذلك المحل تحفظ ب ، ف .متعادال كھربيا



(374)

املائي هيدروكسيد الصوديومالتحليل الكهربائي حمللول ) ٩Electrolysis of Aqueous NaOH

ة ناف التالي د األص وديوم توج يد الص ول ھيدروكس ي محل ف

(Na+, OH-, H2O) ة وب لة الكھروكيميائي دول السلس تخدام ج اس

. لتحديد أي األصناف سيختزل وأي األصناف سيتأكسد

ختزال اال

صنفان ھما أيونات الخارصين وجزيئات الماء يمكن أن يحدث لھما

د دده جھ ذا يح و المفضل، فھ ه ھ ون اختزال ا يك ن أيھم زال، لك اخت

.و المفضلاإلختزال، فالصنف الذي جھد اختزاله أكثر ايجابية ھ+ ο

cathode

- ο2 2 cathode

Na (aq) + e Na(s) E = - 2.71 V

2H O(L) + 2e H (g) + 2OH (aq) E = - 0.83 V

⎯⎯→

⎯⎯→

وبالتالي فمن قيم جھود اإلختزال فإن اختزال الماء أسھل من

بسبب أن جھد اإلختزال للماء أكثر (اختزال أيونات الصوديوم

.وبالتالي فھو المفضل) إيجابية من جھد اختزال أيونات الصوديوم

األكسدة ات الھيد ا أيون اء يمكن أن يتأكسد صنفان ھم ات الم يد وجزيئ روكس

:كما يلي - ο

2 2 anode

+ ο2 2 anode

4OH (aq) O (g) + 2H O(L) + 4e E = + 0.40 V

2H O(L) O (g) + 4H (aq) + 4e E = + 1.229 V

⎯⎯→

⎯⎯→



(375)

و ده ھ ه أكس ذي يحدث ل إن الصنف ال زال ف ود اإلخت يم جھ ن ق وم

ة ل إيجابي البية(األق ر س ات ) األكث ة أيون ذه الحال ي ھ و ف وھ

يد دة . الھيدروكس و أكس ل ھ دة المفض ل األكس إن تفاع ذلك ف ل

. الھيدروكسيد

ختزال والتفاعل الكلي الذي يحدث كسدة واالوبالتالي فإن تفاعل األ

:في ھذه الخلية ھو - ο

2 2 cathode

- ο2 2 anode

Cathode: 2 2H O(L) + 2e H (g) + 2OH (aq) E = - 0.83 V

Anode: 4OH (aq) O (g) + 2H O(L) + 4e E = + 0.40 V---------------------------------------------

⎡ ⎤⎯⎯→⎣ ⎦⎯⎯→

ο2 2 2 cell

----------------------------------------------------- 2H O (L) 2H (g) + O (g) E = ( - 0.83) - 0.40 = - 1.23 V⎯⎯→



(376)

مزيد من القراءةشكل (لديك خلية التحليل الكهربائي حمللول هيدروكسيد الصوديوم

: التالية ) ٢٨-١٦

)٢٩-١٦(شكل


2 2 cathode

+ οcathode

+2 2

2 H O (L) + 2 e H (g) + 2 OH (aq) E = - 0.8277 V

Na + e Na E = - 2.714 V

O + 4H + 4e 2H O

⎯⎯→

⎯⎯→

⎯⎯→ οcathode

- ο2 2 cathode

E 1.229 V

O + 2H O + 4e 4OH E 0.401 V

=

⎯⎯→ =


2 2 anode2H O O + 4H + 4e E 1.229 V⎯⎯→ = − ٢( - ο

2 2 anode4OH O + 2H O + 4e E 0.401 V⎯⎯→ = − وفقا جلهود االختزال السابقة اكتب تفاعالت االختزال احملتملة ) ب١( - ο


cathodeNa + e Na E = - 2.714 V⎯⎯→

ما تفاعالت األكسدة واالختزال األكثر احتماال؟) أ، ب(وفقا للفقرتني السابقتني ) ج نجد ))فقرة أ(أكسدة الھيدروكسيد وأكسدة الماء (بمقارنة جھدي األكسدة

أن أكسدة الھيدروكسيد أسھل من أكسدة الماء لذلك فتفاعل األكسدة األكثر :احتماال ھو

- ο2 2 anode4OH O + 2H O + 4e E 0.401 V⎯⎯→ = −



(377)

الختزال الماء وأيونات الصوديوم (وبمقارنة جھدي االختزال

نجد أن الماء أسھل في اختزاله من أيونات الصوديوم ))فقرة ب(

: لذلك فتفاعل االختزال األكثر احتماال ھو - ο


:احتماال وبالتايل فالتفاعل الكلي هو جمموع التفاعلني األكثر - ο

2 2 anode

- ο2 2 cathode

at anode : 4OH O (g) + 2H O + 4e ...............................E = - 0.401 V

at cathode : 2 2H O(L) + 2 e H (g) + 2 OH (aq) ...........E 0.8277 V

____________

⎯⎯→ ↑

⎡ ⎤× ⎯⎯→ ↑ = −⎣ ⎦

2 2 2 cell

_______________________________________________________________ 2 H O(L) O (g) + 2H (g) ............................E 1.2287 Vο⎯⎯→ ↑ ↑ = −

مما يعني أن التحليل الكھربي لمحلول ھيدروكسيد الصوديوم ما ھو إال

.تحليل كھربي للماء



(378)

:إذا علمت تفاعالت االختزال التالية : )١-١٦(مثال + ο

cathode

- ο2 cathode

2+ οcathode

- ο2 cathode

Na + e Na(s) E = - 2.714 V

Br (L) + 2e 2Br (aq) E = + 1.08 V

Sn (aq) + 2e Sn(s) E = - 0.14 V

Cl (g) + 2e 2Cl (aq) E =

⎯⎯→

⎯⎯→

⎯⎯→

⎯⎯→+ ο

2 cathode

- ο2 cathode

+ 1.360 V

H (aq) + 2e H (g) E = 0.00 V

I (s) + 2e 2I (aq) E = + 0.535 V

⎯⎯→

⎯⎯→

:مباشر خالل كھربائيمرور تيار بنتائجتنبأ NaBrهور مص) أ

تفاعل األكسدة



NaBrحملول مائي لـ ) ب تفاعل األكسدة



SnCl2حملول مائي لـ ) ج تفاعل األكسدة



.HIحملول مائي لـ ) د تفاعل األكسدة

االختزال تفاعل




(379)

مبشاركة األقطاب كهربائيالتحليل ال

اعالت • ي تف دخل ف ه أن ي ب نفس ن للقط ان يمك ض األحي ي بع ف

ل ال راء التحلي د إج ك عن ح ذل اب، ويتض ائياألقط ول كھرب لمحل

ات زل أيون ث تخت اس حي ن النح ين م ين قطب اس، ب ات النح كبريت

:النحاسيك عند الكاثود كما يلي 2+ At cathode : Cu (aq) + 2e Cu(s) ⎯⎯→

.وتترسب كنحاس صلب على مادة القطب

: توجد ثالثة احتماالت لتفاعل األكسدة ) المصعد(ولكن عند اآلنود •2- 2-4 2 8

+2 2

2+

(1) 2SO (aq) S O (aq) + 2e

(2) 2H O(L) O (g) + 4H (aq) + 4e

(3) Cu(s) Cu (aq) + 2e

⎯⎯→

⎯⎯→

⎯⎯→

ةوالذي يحدث ھو ادة القطب، حيث تنفصل الحالة الثالث ، أكسدة م

.أيونات النحاسيك من مادة القطب الى المحلول

وي وتستخدم ط • ة النحاس، فالنحاس المحت ذه في تنقي ريقة التحليل ھ

ل ة التحلي على شوائب من عناصر أخرى يكون مادة اآلنود، في خلي

تم –ا كھربائي، ويجري تحليل محلول كبريتات النحاس كھربائيال وي

. الطالء بترسيب النحاس النقي على الكاثود

دم قطب وتستخدم األقطاب النشطة، ففي الطالء بالفضة يستخ •

.الفضة كآنود



(380)

مزيد من القراءة التحليل الكهربي حمللول كربيتات النحاسيك يف وجود أقطاب حناس

)٣٠-١٦(شكل


2 2 cathode

2+ οcathode

+2 2

2 H O (L) + 2 e H (g) + 2 OH (aq) E = - 0.8277 V

Cu + 2e Cu E = 0.337 V

O + 4H + 4e 2H O

⎯⎯→

⎯⎯→

⎯⎯→ οcathode


E 1.229 V

S O + 2e 2SO E 2.000 V

=

⎯⎯→ =


2 2 anode2H O O + 4H + 4e E 1.229 V⎯⎯→ = − ٢( 2- 2- ο

4 2 8 anode2SO S O + 2e E 2.00 V⎯⎯→ = − ٣( 2+ ο

anodeCu Cu + 2e E = - 0.337 V⎯⎯→ وفقا جلهود االختزال السابقة اكتب تفاعالت االختزال احملتملة ) ب

١( - ο2 2 cathode2 H O (L) + 2 e H (g) + 2 OH (aq) E = - 0.8277 V⎯⎯→

٢( 2+ οcathodeCu + 2e Cu E = 0.337 V⎯⎯→

ا تفاعالت األكسدة واالختزال األكثر احتماال؟م) أ، ب(وفقا للفقرتني السابقتني ) جأكسدة أيون الكبريتات وأكسدة الماء وأكسدة (بمقارنة جھود األكسدة

أن أكسدة قطب النحاس أسھل من أكسدة نجد) )فقرة أ( قطب الحديد :الكبريتات وجزيئات الماء لذلك فتفاعل األكسدة األكثر احتماال ھو

2+ οanodeCu Cu + 2e E = - 0.337 V⎯⎯→



(381)

حيث تنفصل أيونات النحاسيك من مادة القطب إلى المحلول

فقرة (الختزال الماء وأيونات النحاسيك ( وبمقارنة جھدي االختزال

نجد أن أيون النحاس أسھل في اختزاله من جزيئات الماء لذلك ))ب

ل االختزال األكثر احتماال ھو فتفاع2+ ο


دم في تنقية النحاس، فالنحاس المحتوي على وھذه الطريقة تستخ

شوائب من عناصر أخرى يكون مادة اآلنود، في خلية التحليل

ويتم –الكھربائي، ويجري تحليل محلول كبريتات النحاس كھربيا

.)٣١-١٦شكل (، الطالء بترسيب النحاس النقي على الكاثود

.تنقية النحاس بالتحليل الكھربائي :) ٣١-١٦( شكل



(382)

كهربائيتطبيقات عملية للتحليل الPractical Applications of Electrolysis

واتج • ر مباشر، بن تتأثر حياتنا، كل يوم، إما مباشرة أو بشكل غي

. كھربائيتفاعالت التحليل ال

ل • الكلور لقت اكن ب م األم ي معظ رب ف اء الش ل م ثال يعام فم

ن ال د م ور لصنع العدي تعمل الكل ا، ويس ن البكتيري ات، م كيماوي

ل تيك مث ى البالس ي المحاصيل ال ي تحم رية الت دات الحش المبي

. الذي يسمى عادة فينيل (PVC)البولي فينيل كلوريد

ة • ي الطبيع د ف ور كعنصر ال يوج ن –والكل تخلص م ا يس وإنم

. كھربائيمركباته، وأكثر الطرق اقتصادية ھي طريقة التحليل ال

ا وفيما يلي سنتطرق ألھم المواد اال قتصادية والتي نتحصل عليھ

. كھربائيمن عملية التحليل ال



(383)

تصنيع الصوديوم) ١Manufacture of Sodium

ملصهور كلوريد الصوديوم كهربائيالتحليل البواسطة Electrolysis of Molten Sodium Chloride

وكالھما كما مر معنا، نواتج ھذه العملية ھما الصوديوم والكلور •

مھم ت . جاريا

اعالت • د المف حيث يستعمل الصوديوم كوسط ناقل للحرارة لتبري

. النووية، وفي أضواء أبخرة الصوديوم

ات • ن العملي د م ي العدي ابقا ف ر س ا ذك ور كم تخدم الكل ويس

. الكيميائية

ب ) س ھورھما يج ن مص ور م وديوم والكل اج الص د إنت اذا عن لم

إبقاءھما متباعدين؟

ال عنصري الصوديوم و ن ك ا م د إنتاجھم ذلك عن دا، ل ط ج ور نش الكل

ھور اعالن (NaCl)مص ا يتف دين، وإال فإنھم ا متباع ب إبقاءھم يج

د الصوديوم وين كلوري ة داون . ويعيدان تك ك خلي Down'sوتحقق ذل

Cell ) الكلور كغاز ويخرج ))٣٣-١٦( –) ٣٢-١٦(شكل .

ة، يتكون ال • دھا الخلي صوديوم وبسبب درجة الحرارة التي تعمل عن

تعمل باستمرار وھذا يسمح للخلية أن . كسائل ويزال بسھولة أيضا

.كلما أضيف كلوريد صوديوم جديد وكلما أزيلت النواتج



(384)

مزيد من القراءةائي ج معدن الصتين • ل الكھرب ة داون بالتحلي وديوم تجاريا في خلي

شكل (من مصھور كلوريد الصوديوم وكلوريد الكالسيوم لخليط

)٣٣-١٦( –) ٣٢-١٦((.

ملاذا يضاف كلوريـد الكالسـيوم اىل كلوريـد الصـوديوم أثنـاء ) س حتليله كهربيا؟

ود • رارة CaCl)2(وج ة ح ت درج ل تح ة ألن تعم مح للخلي يس

يط ھار الخل ة انص بب أن درج ة بس (NaCl-CaCl2)منخفض

.(801 °C) (NaCl)وھي أقل من درجة انصھار C° 580)حوالي (

ائل ال • وديوم الس طواني الص والذ األس بط الف د مھ اتج عن ن

(cylindrical steel) ذلك ھور ل ح المص ن المل ة م ل كثاف أق

ة حيث يسحب في وعاء (float)يطفو الى الجزء العلوي من الخلي

. (it is drawn off into a suitable container)خاص

ن • ل ع ذي يفص ت، وال عد الجرافي د مص ور عن از الكل ون غ ويتك

. حديدي الكاثود بحاجز

دا • ور بعي ة للصوديوم والكل إن تصميم الخلية يحافظ على النشاطية العالي

. مع الھواء االتصال عن بعضھا البعض وبعيدة عن

ين (بسبب أن عملية داون تتطلب تيارا عاليا • ادة ب 40,000A –(25,000ع

ة ادر رخيص رب مص وديوم ق اج الص دث إنت ل أن يح ه يفض ذلك فإن لsources of inexpensive hydroelectric power) (near.



(385)

كل ل ال: )٣٢-١٦(ش تعملة للتحلي ة داون المس ائيخلي د كھرب ھور كلوري لمصع . الصوديوم ل م ن التفاع ور م از الكل ز الصوديوم وغ ع فل ث تمن ة بحي أ الخلي تنش

.كھربائيبعضھما بعضا بعد تكونھما في تفاعل التحليل ال

Fig. (16-33) : Cross-sectional view of a Downs cell for commercial production of sodium metal by electrolysis of molten sodium chloride. The cell design keeps the sodium and chlorine apart so that they cannot react with each other.



(386)

(NaOH)صوديوموهيدروكسيد ال (Cl2)تصنيع الكلور) ٢Manufacture of Chlorine and Sodium Hydroxide

حمللول كلوريد الصوديوم كهربائيالتحليل البواسطة Electrolysis of Brine (NaCl solution)

:ھو التفاعل النھائي لتحليل محلول مائي لكلوريد الصوديوم •- + - +

2 2 2 2H O(L) + 2Cl (aq) + 2Na (aq) H (g) + Cl (g) + 2OH (aq) + 2Na (aq) ⎯⎯→ د • ور، والھي ي الكل واتج ھ وديوم والن يد الص روجين، وھيدروكس

(NaOH) – . وجميعھا كيميائيات مھمة اقتصاديا

. وقد ذكرت بعض استعماالت الكلور •

-----*صناعة األمونياأما الھيدروجين فيستعمل ل •

ة • ة لمعادل ات ھائل وديوم بكمي يد الص تعمل ھيدروكس ويس

اب، ة اللب ة، ولمعامل ة المختلف ات الكيميائي ي العملي اض ف األحم

ة وا لورق، ولتنقية خامات األلومنيوم وفي صناعة النسيج، وتنقي

.البترول

المائي ينتج (NaCl)لمحلول كھربائيوبالرغم من أن التحليل ال •

(NaOH) بعض في المحلول، إال أن الناتج دائما يكون مشوبا ب

(NaCl) غير المتفاعل .



(387)

لطريقة؟أنقى؟ وما عيب ھذه ا (NaOH)كيف يمكن تحضير محلول ) س

باستعمال أنقى، وأكثر تركيزا )(NaOHيمكن تحضير محلول •

. ))٣٤-١٦(شكل (خلية الزئبق + -

2 22Na(s) + H O(L) 2Na (aq) + 2OH (aq) + H (g)⎯⎯→

ق و • ة الزئب ذه لخلي وث ھ ا تعرض لخطر تل ي أنھ ر ف عيب خطي

. الماء بالزئبق، ولذلك يجب مراقبتھا بعناية

ا ) س اتجم ي الن ل الكھرب راء التحلي د إج ولعن د لمحل كلوري

؟الصوديوم في محلول مقلب بعناية

ول إذا أجري التحليل الكھربائي لمحلول كلوريد ي محل الصوديوم ف

ة ب بعناي إن ، مقل ع (-OH)ف ل م اثود يتفاع د الك اتج عن (Cl2)الن

. المتكون عند اآلنود

: والتفاعل ھو - - -

2 2Cl (g) + 2OH (aq) Cl (aq) + OCl (aq) + H O(L)⎯⎯→

ذ • تمرلكل ائي المس ل الكھرب ول التحلي د ، يح ول كلوري لمحل

ون ى أي د ال ون الكلوري ع أي دريج، جمي وديوم، بالت الص

ت وديوم )OCl-(ھيبوكلوري د الص ول كلوري ر محل ، ويتغي

(NaCl) الى محلول ھيبوكلوريت الصوديوم(NaOCl) .

اع كمبيض (%6 – 5)وعندما يخفف ھذا المحلول الى • ا يب وزن

.®Clorox)كلوروكس (سائل للغسيل مثل



(388)

د الصوديوم باستعمال كھربائيالتحليل ال : )٣٤-١٦( شكل ائي لكلوري لمحلول م

. خلية زئبق . يتصاعد غاز الكلور عند اآلنود حيث تتأكسد أيونات الكلوريد •ذوب في الزئبق • . وعند الكاثود تختزل أيونات الصوديوم الى ذرات صوديوم ت

اء ع الم ه م تالمس في زان ي ى خ ق ال خ الزئب م يض اك تتفا. ث ل ذرات وھن ع . الصوديوم مع الماء ليتصاعد الھيدروجين وينتج ھيدروكسيد الصوديوم

ة • ادة المختزل ه أكسدة(في ھذه الخلية، يكون الصوديوم فعال ھو الم ، )يحدث ل . ويذوب في الزئبق السائل بمجرد تكونه

ول الصوديوم في الزئبق • م الصوديوم(ويضخ محل ى وعاء ) المسمى مملغ الت ع منفصل حيث يس ق أن يتفاعل م ى سطح الزئب دني عل طيع الصوديوم المع

.النقي في المحلول (NaOH)الماء وينتج الھيدروجين تاركا



(389)

مزيد من القراءة أهمية التحليل الكهربي حمللول كلوريد الصوديوم

ول • ائي لمحل ل الكھرب وديوم بالتحلي يد الص ور وھيدروكس وين الكل تك

ـ اس ل و األس وديوم ھ د الص وركلوري ويلق -صناعة الكل

(chlor-alkali industry) .

نويا • تج س ون دوالر في ٤مبيعات بحوالي وھو العمل التجاري الذي ين بلي

. الواليات المتحدة األمريكية لوحدھا

ن • ال م وديوموك يد الص ور وھيدروكس ات الكل رة كيماوي من عش نفان ض يص

. (rank among the top 10 chemicals in terms of production) منتجة

والي • دة ح ات المتح ي الوالي ل ف نوي لك اج الس واإلنت

(11 – 12 million tons) .

ور • تخدم الكل ع ويس اه البوالي ة مي اء ومعالج ي الم ي (sewage)ف وف

. (PVC)صناعة البالستيك مثل البولي فينيل كلوريد

ف • وديومھيدروكويوظ يد الص جة س ورق، األنس ناعة ال ي ص ف

(textiles) المطھرة، والمواد (detergents).

كل • اء )٣٥-١٦(الش ة غش اس لخلي وين األس ر التك يظھ

(membrane cell) يد ور وھيدروكس اري للكل اج التج لإلنت

. الصوديوم



(390)

د الصوديوم • ح كلوري ة المصعد، إ يتدفق محلول مركز من مل ى منطق ل

(Cl2(g))يتأكسد الى غاز الكلور (-Cl)يث أيون الكلوريد ح

از • ى غ االختزال ال ول ب ث يتح بط، حي ة المھ دخل منطق اء ي والم

. (-OH)ھيدروجين وأيونات ھيدروكسيد

اص • تيكي خ اء بالس بط غش عد والمھ ي المص ين منطقت وب

(special plastic membrane) ن ال ات لك رور الكاتيون مح بم يس

. ح باألنيونات أو الماءيسم

ور • اء الكل ظ الغش لين (Cl2)ويحف يد منفص ات الھيدروكس وأيون

(apart) ة ى منطق دفق ال ات الصوديوم ليت ن أيون ار م مح بتي ن يس لك

ادل ى التع ا عل ول ومحافظ ي المحل ار ف ذلك التي امال ب بط، ح المھ

يد والھيدروك (+Na)أيونات الصوديوم . الكھربائي في كال المنطقتين س

(OH-) تتدفق خارج منطقة المھبط كمحلول مائي لـ(NaOH).



(391)

Fig. (16-35) : A membrane cell for electrolytic production of Cl2 and NaOH. Chloride ion is oxidized to Cl2 gas at the anode, and water is converted to H2 gas and OH- ions at the cathode. Sodium ions move from the anode compartment to the cathode compartment through a cation-permeable membrane. Reactants (brine and water) enter the cell, and products (Cl2 gas, H2 gas, aqueous NaOH, and depleted brine) leave through appropriately placed pipes.



(392)

متصنيع األلومينيو) ٣ Manufacture of Aluminium

رة • ي القش ث ف ر الثال ل العنص وم يمث ن أن األلوميني الرغم م ب

ا (by mass % 8.3)األرضية ادرا وغالي دنا ن ه ظل مع إال أن

. م١٨٨٦ /١٨٨٥ حتى عام

زة • دھم مجھ ي أن موائ اريخ ف وكان األغنياء يتباھون قبل ھذا الت

. بمالعق ألومينيوم

ملاذا كان األلومنيوم باهظ الثمن وال ميلكه إال األغنياء؟) س

ايت و البوكس وم وھ ام األلوميني ى أن خ ك إل ي ذل بب ف ود الس ويع

(Al2O3.XH2O) يد ة أكس ى ھيئ وم عل ه األلوميني ون في يك

وم ا (األلوميني راوح alumina) –األلومين بة تت % ٣٥( بنس

ن %) ٦٠و ھ (Al2O3)م ة انص دا ودرج ة ج اره عالي

(2050 ºC) ، مما يعني أن التحليل اإلليكتروليتي لصھيره من أجل

ان اھظ األثم يكون ب وم س ى األلوميني ول عل دود ال الحص ى ح إل

. تطاق

ام • ي ع ل ( م ١٨٨٥وف ١٢٧قب ا نة تقريب ن ) س ي تمك األمريك

ذاك و (Charles Martin Hall)تشارلز مارتن ھول عمره آن

نة، ٢٢ ره س ي عم ر فرنس اب آخ ول ٢٣وش دعى ب نة ي س

تمكنا وبشكل مستقل من اكتشاف ،Paul Heroult)(ھيرولت



(393)

ة ة عملي اج الإلل (practical process) طريق ائينت كھرب

. لى اليومإمستخدمة ظلتوالتي لأللومينيوم،

هريولــت يف اســتخالص األلومنيــوم مــن –اشــرح طريقــة هــول ) س خاماته؟

ل الھي - عملية ھول ائيرولت تتضمن التحلي يط كھرب لمصھور خل

وم يد األلوميني ن أكس ت (Al2O3)م والكريولي

(Cryolite (Na3AlF6) د وھي ( (C° 1000)حرارة درجةعن

الشكل (في خلية تحوي أقطاب الكربون )درجة انصھار الكريوليت

٣٦-١٦(.(

Fig. (16-36) : An electrolytic cell for production of aluminium by the Hall-Heroult process. Molten aluminium metal forms at the graphite cathode that lines the cell. Because molten aluminium is more dense than the Al2O3-Na3AlF6 mixture, it collects at the bottom of the cell and is drawn off periodically.



(394)

)املصـهور( ملاذا كان التحليل الكهربي ألكسيد األلومنيوم النقي) س ؟)غري مالئم ومكلف اقتصاديا (غري عملي

ائي وم النقي ألكسيدإن التحليل الكھرب ر pure Al2O3)( األلوميني غي

ي بب (impractical) عمل ه بس ھرأن رارة ينص ة ح د درج ةعن عالي

(2045 °C).

ل ا كــان التحليــل الكهربــي ملــاذ) س غــري (غــري عملــي (+Al3)لمحالي ؟)مالئم

زل (+Al3)لمحاليل الكھربائيالتحليل اء يخت ليس عمليا كذلك بسبب أن الم

. (+Al3)بشكل مفضل بدال من اختزال أيونات

: ويتضح ذلك من خالل قيم جھود االختزال - ο

2 2 cathode

3+ οcathode

2 H O (L) + 2 e H (g) + 2 OH (aq) E = - 0.8277 V

Al + 3e Al E = - 1.662 V

⎯⎯→

⎯⎯→

لذلك اختزاله من أيونات األلومنيومالماء أسھل في ومن قيم الجھود فإن

الستخالص فالتحليل الكھربي لمحاليل األلومنيوم طريقة غير نافعة

.األلومنيوم

؟ميف استخالص األلومنيوهريولت –ما مفتاح النجاح لطريقة هول ) سـ إن • ذيب ل ت كم تخدام الكريولي اح (Al2O3)اس اح النج و مفت ھ

.تھيرول –لطريقة ھول



(395)

تفاعالت األقطاب عند التحليل الكھربي لمصھور خليط من ما) س

وم يد األلوميني ت (Al2O3)أكس والكريولي

(Cryolite (Na3AlF6)؟

ة • ة كلي ر مفھوم زال غي ا ت اب م اعالت األقط تف

(still not fully understood) من ن أن تتض ن يمك لك

دة أني ات معق وع (complex anions)ون ن الن م

( )+3 - x - 2yx yAlF O ل طة تفاع ة بواس و Al2O3(، والمتكون

(Na3AlF6 .

: وميكن أن حتدث التفاعالت التالية

زل • دةتخت ات المعق د األنيون اثود عن بط(الك دن )المھ ى مع ال

.األلومينيوم المصھور

، األكسجينلى غاز إ) المصعد(تؤكسد األنيونات المعقدة عند اآلنود •

. (CO2)والذي يتفاعل مع مصعد الجرافيت ليعطي غاز

تفاعل الفحم الذي يتكون منه اآلنود مع أيونات األكسيد معطيا ثاني و •

.الوقت أكسيد الكربون يعني أنه من الضروري استبداله بمرور

: التفاعالت اآلنودية والكاثودية املفرتضة -2 تفاعالت األكسدة 3 3

2 2 23O + C CO + 6e⎯⎯→ 2Al+3 تفاعالت االختزال + 6e 2Al⎯⎯→

+3 التفاعل الكلي 2- 3 32 2 22Al + 3O + C 2Al + CO⎯⎯→



(396)

ة • اعالت وكنتيج ك التف تھلكلتل اعد تس إن المص ، ف

(chewed up) بسرعة لذلك يجب استبدالھا بشكل متكرر .

لكن مع تيار عال (V 6 – 5)الخلية تحت جھد منخفض وتعمل •

دا وال (up to 250,000 A)ج بب أن م د بس ن ا واح م

. (g of Al 9.0)اإللكترونات ينتج فقط

ل الإن • وم بالتحلي اج األلوميني ائيإنت رده كھرب وم بمف كل الي يش

ل ذا يجع دة، وھ ات المتح ي الوالي اء ف تھلك األعظم للكھرب المس

ادة التصنيع ة إع ر منتجات األل (recycling)عملي وم أم لوميني

مفضل ومربح

(recycling of aluminium products highly desirable)

ملاذا يفضل إعادة تصنيع منتجات األلومنيوم على استخالصه من الطبيعة؟) سول • ة ھ ن أن طريق رغم م ى ال ت الحصول –عل ت جعل ھيرول

ابقة ان الس ي األزم ه ف على األلومينيوم أكثر يسرا مما كانت علي

إ ةف ة الكھربائي ن الطاق را م درا كبي ت تتطلب ق ة مازال . ن العملي

د ة تع ذه العملي إن ھ ا ف ة عالمي دة للطاق ة المتزاي ي ظل الحاج وف

. مكلفة مما يتطلب أن تتم بالقرب من مصادر رخيصة للطاقة

ات • نيع مخلف ادة تص ل إع ذي يجع بب ال و الس ذا ھ ا أن ھ كم

األلومينيوم من العمليات المربحة تجار . يا



(397)

احلصول على معدن املغنسيوم ) ٤ ما أهم استعماالت املغنسيوم؟) س

: للمغنسيوم استعماالت عديدة، منھا اد الضوئي الوميضاستعماله لغرض إصدار )١ ات (flash)الح في عملي

التصوير

تعماله )٢ ا اس يومنھ ال ف ائيةاألعم ه اإلنش ة وزن ن (لخف ر م تصنع الكثي

) المغنسيوم فيھادخل ي سبائكالساللم من

ا )٣ تعمل فيھ ي يس االت الت ي المج وم ف ل األلوميني ع أن يح ن المتوق م

.األلومينيوم متى استھلكت الموارد الطبيعية من خام البوكسايت

اشرح طريقة استخالص املغنسيوم من خاماته؟) سى )١ ا عل اه البحار، حيث يوجد فيھ المخزون الطبيعي للمغنسيوم ھو مي

)يونية ھيئة أ )2+Mg ؤدي ا ي ة مم اه البحر وتجعل قاعدي ، فتؤخذ مييب ى ترس يومإل ة المغنس ى ھيئ يوم عل يد المغنس ھيدروكس

)Mg(OH)2: ( 2+ -

2Mg + 2OH Mg(OH)⎯⎯→ ذ )٢ م يؤخ يدث يوم ھيدروكس د المغنس ض كلوري ي حم ذاب ف وي

: الھيدروجين2 2 2Mg(OH) + 2HCl MgCl + 2H O⎯⎯→

تم مما يؤدي إلى الحصول على محلول من كلوريد ذا ي المغنسيوم وھ يحصل على وبذلك منه تبخير الماء .كلوريد المغنسيوم صلبا

ي )٣ ل إلكتروليت ة تحلي ه عملي رى ل يوم وتج د المغنس م يصھر كلوري ث : ويحدث ما يلي

صھر2 ــربي2 ــ ـــ ــل كھ ــ ـــ MgCl تحلي Mg + Cl⎯⎯⎯⎯⎯→

. حيث يحصل على معدن المغنسيوم نقيا



(398)

كهربائيالتنقية والطالء الElectrorefining and Electroplating

تنقية النحاس(Refining of Crude Copper)

ل • رة للتحلي ات المثي ن التطبيق اس م ز النح ة فل ر تنقي تعتب

. كھربائيال

ز النحاس حوالي • % 99فعندما يفصل أوال من خامته، يكون فل

د ى الحدي ا عل ا، ومحتوي ك، و (Fe)نقي ، والفضة (Zn) الزن

(Ag) والذھب ،(Au) والبالتين ، (Pt) ةي، كشوائب رئيس .

ما أثر الشوائب املوجودة يف النحاس املتحصل عليه مـن خاماتـه؟ ) سوكيف تكون هذه الشوائب هـي السـبب يف تغطيـة تكـاليف التنقيـة

للنحاس منها؟ه والت ه من خامات ي النحاس المتحصل علي ي الشوائب الموجودة ف

ى تصل ه إل دار %) ٩٩( بنقاوت ة بمق يليته الكھربائي تخفض توص

في الوقت اقبل تصنيعه في أسالك الكھرباء، ولكنھ ايستدعي إزالتھ

ه ةنفس ة التنقي ة عملي مان ربحي ر ض ي س وائب ھ ذه الش ألن ھ

ة ادن الثمين د والخارصين المع ى الحدي ذھب : تتضمن إضافة إل ال

. والفضة والبالتين



(399)

احلديـد، اخلارصـني، (تم تنقية النحـاس مـن شـوائبه كيف ت) س ؟)الذهب، الفضة، البالتني

ة )١ ي خلي آنود ف ي ك ر النق ل يستعمل النحاس غي وي إلتحلي ة تحت كتروليتي

اثود فيتكون ا الك ت، أم ات النحاس كإلكترولي ائي لكبريت ول م على محل

)).٣٩-١٦( –) ٣٧-١٦(األشكال ( من نحاس عالي النقاوة

.تنقية النحاس بالتحليل الكھربائي :) ٣٧-١٦( شكل

ل، )٢ ة التحلي دما تجري عملي ائيعن د الكھرب ة بحيث يضبط الجھ خالل الخلي

يكون ، قادرة على والحديد ، مثل الخارصينالنحاس والعناصر األكثر نشاطا

: ھي األكسدة لھذه العناصروجھود . )المصعد( اآلنود من قطبأن تذوب 2+ ο

oxidation

2+ οoxidation

2+ οoxidation

Zn(s) Zn (aq) + 2e E = + 0.7628 V

Fe(s) Fe (aq) + 2e E = + 0.4402 V

Cu(s) Cu (aq) + 2e E = - 0.337 V

⎯⎯→

⎯⎯→

⎯⎯→



(400)

ين أما • ذوب الفضة، والذھب والبالت ة ( فال ت لصعوبة أكسدتھا مقارن

ي )بالنحاس والحديد والخارصين مما يجعلھا تتساقط بھيئتھا الذرية ف

. قاع الخلية خبثا وياله من خبث ثمين

دة • عوبة أكس ح ص ة توض دة التالي ود األكس ذھب (وجھ ة وال الفض

).الحديد والخارصينبالنحاس و(مقارنة ) والبالتين2+ ο

oxidation

2+ οoxidation

2+ οoxidation

+o

Zn(s) Zn (aq) + 2e E = + 0.7628 V

Fe(s) Fe (aq) + 2e E = + 0.4402 V

Cu(s) Cu (aq) + 2e E = - 0.337 V

Ag(s) Ag (aq) + e E

⎯⎯→

⎯⎯→

⎯⎯→


2+ οoxidation

3+ οoxidation

= - 0.7991 V

Pt(s) Pt (aq) + 2e E = - 1.2 V

Au(s) Au (aq) + 3e E = - 1.498 V

⎯⎯→

⎯⎯→

جھد فإن أسھل المواد أكسدة ھو الذي له أعاله، فمن جھود األكسدة •

)ألن جھد األكسدة يعبر عن الرغبة في األكسدة( أكسدة أعلى

يليه وبالتالي فأسھلھا أكسدة الخارصين يليه الحديد يليه النحاس

. الفضة يليه البالتين يليه الذھب

الفضة والبالتين والذھبتتضح صعوبة أكسدة القيمومن ھذه •

). الخارصين والحديد والنحاس(مقارنة بالثالثة عناصر األولى

:ملحوظة

ذي ال يسمح إال الجھد المسلط على الخلية در ال يجب أن يكون محدودا بالق

ة ذھب والفض ين دون ذرات ال د والخارص اس والحدي دة ذرات النح بأكس

.تين، وھذا لحسن الحظ ممكن جدا والبال



(401)

وھو (اختزاال ، يمكن فقط للنوع األسھل ) المھبط –القطب السالب ( عند الكاثود • )٣

.أن يلتقط الكترونات، وبذلك يترسب النحاس وحده )(+Cu2) أيونات

ة حديد والخارصين الصعبة االأما أيونات ال • زال مقارن ا تبقى خت بالنحاس فإنھ

. نية في المحلولبھيئتھا األيو

ات النحاس مق • زال أيون ات وجھود االختزال التالية تبين سھولة اخت ة بأيون ارن

.)فاألكثر رغبة في االختزال ھو الذي جھد اختزاله أكبر(الحديد والخارصين 2+ ο

reduction

2+ οreduction

2+ οreduction

Cu (aq) + 2e Cu(s) E = + 0.337 V

Fe (aq) + 2e Fe(s) E = - 0.4402 V

Zn (aq) + 2e Zn(s) E = - 0.7628 V

⎯⎯→

⎯⎯→

⎯⎯→

ة ة النھائي وافالنتيج ى ش ا تبق اثود بينم ى الك ود ال ن اآلن اس م ال النح ي انتق ئب ھ

. (+Zn2+, Fe2)أيونات لفي المحلول على شك )Zn، والخارصين Feالحديد (

:ملحوظة

اختزال يجب أن يكون الجھد المسلط على الخلية محدودا بالقدر الذي ال يسمح إال ب

ا أيونات النحاس ذي يجعلن ى الحد ال دون أيونات الحديد والخارصين وھذا ممكن إل

ى نحصل لحسن الحظ على درجة من اوة للنحاس تصل ال وھي (% 99.96)النق

ر الشوائب دھا أث اء %) ٠.٠٤(الدرجة التي يكون عن ى توصيل النحاس للكھرب عل

.غير ذي بال، أي ضئيل لحد اإلھمال

ين معادن ثمينة من الخبث المتكون بع ذلك يزال • ) ٤ ذھب، والبالت من الفضة، وال .رباء الالزمة لعملية التحليلاع بسعر كاف ليغطي تكلفة الكھيبمن الجھاز و

ى إلى نسبة تقريبية تصل إ(كنتيجة لذلك، فإن تنقية النحاس و • ال % 99.96)لا ك ألنھ تكاد تكلف شيئا إال أن تكلفة اإلنتاج الكلية للنحاس ال تزال كبيرة، وذل

. تشمل التنقيب عن الخام في المناجم وتنقيته األولية



(402)

Fig. (16-38) : Electrorefining of copper metal. a) Alternating slabs of impure copper and pure copper serve as the electrodes in electrolytic cells for the refining of copper. (b) Copper is transferred through the CuSO4 solution from the impure Cu anode to the pure Cu cathode. More easily oxidized impurities (Zn, Fe) remain in solution as cations, but noble metal impurities (Ag, Au, Pt) are not oxidized and collect as anode mud.

Fig. (16-39) : Electroplating with copper. The anode is made of pure copper, which dissolves during the electroplating process. This replenishes the Cu2+ ions that are removed from the solution as Cu plates out on the cathode.



(403)

مزيد من القراءة تنقية معدن النحاس من شوائبه

ائي (purification)تنقية • معدن بواسطة وسائل التحليل الكھرب

(electrorefining)تسمى التنقية الكھربائية

ر نقي و • المتحصل (impure copper)على سبيل المثال، النحاس الغي

ائي (ores)عليه من الخام ل كھرب ة تحلي ى نحاس نقي في خلي يحول ال

األشكال (التي بھا نحاس غير نقي كمصعد ونحاس نقي كمھبط كما في

)٣٩-١٦( –) ٣٧-١٦.((

ون • ت ويك ائياإللكترولي ول م ن محل ارة ع ات عب ن كبريت م

.(copper sulfate)النحاس

، فإن النحاس يتأكسد باإلضافة )المصعد(عند قطب النحاس الغير نقي و •

(Zn, Fe)الى الشوائب المعدنية األخرى السھلة األكسدة مثل

ل • ل سھولة في أكسدتھا مث ا الشوائب األق ا (Ag, Au, Pt)أم فإنھ

اد اس ي يع عد ، والت ة كمص اع الخلي ي ق قط ف ادن تس ھا كمع تخالص

. (precious metals)ثمينة

بط • ى المھ دن ) النحاس النقي(وعل ى مع ات النحاس عل زل أيون تخت

اس ا ي االالنح عب ف ات األص ن األيون ي، لك زاللنق خت

(Zn2+, Fe2+, and so forth) تبقى في المحلول . 2+

2+

Anode (oxidation) M(s) M (aq) + 2e (M = Cu , Zn , Fe)

Cathode (reduction) Cu (aq) + 2e Cu(s)

⎯⎯→

⎯⎯→



(404)

من بب ي يتض ل الكل ذلك فالتفاع ن ل اس م دن النح ال مع اطة انتق س

. المصعد الغير نقي الى المھبط النقي

.(% 99.95)والنحاس الذي يتحصل عليه بھذه الطريقة نقي بنسبة •

ائي • ة الطالء الكھرب ة (electroplating)إن عملي بيھة بعملي ش

ة سطح معدن التنقية الكھربائية اآلنفة الذكر، وھي عبارة عن تغطي

. (electrolysis)التحليل الكھربائي بمعدن آخر باستخدام

والذي • يارات الف دام الس ال، ص بيل المث ى س عل

(steel automobile bumpers) ى (plated)يطل

. لحمايتھا من التآكل (chromium)بالكرم

ة • م (carefully cleaned)وينظف الجسم المراد طالؤه بعناي ث

ل ا ى يوضع في خلية التحلي ة عل بط وتحوي الخلي ائي كمھ لكھرب

.محلول أليونات المعدن المراد ترسيبه



(405)

نواتج األقطاب (Electrode Products)

كهربائيملاذا يصعب ختمني النواتج املرتتبة على مرور تيار ) س ؟إلكرتوليتيخالل حملول

لول خالل مح كھربائييصعب تخمين النواتج المترتبة على مرور تيار

:اليكتروليتي لألسباب التالية

ات ج )١ اء وأيون ات الم ، يمكن أن تساھم في التفاعل (-H+ , OH)زيئ .باإلضافة إلى أيونات اإللكتروليت

ا يمكن أن تساھم )٢ اعالت أخرى مم د األقطاب في تف واتج التفاعل عن ن .يزيد األمر صعوبة

ل )٣ د تتفاع بق ة مس روف معين ھا تحت ظ اب نفس ر، األقط دا أكب بة تعقي .))٤٠-١٦( شكل(خاصة المصعد

كيف ميكن تاليف مشاركة األقطاب يف التفاعل؟ ) سيمكن تالفي مشاركة األقطاب في خلية التحليل الكھربائي باستخدام أقطاب

. خاملة مثل الذھب والبالتين

.يتي مناسبفي محلول اليكترول كھربائيذوبان المصعد في عملية تحليل : )٤٠-١٦( شكل



(406)

كهربائيالرتسيب والطالء الElectrodeposition and Electroplating

(electrical conductor) كھربائيإذا كان معدن أو أي موصل

في خلية تحليل (serve as the cathode)يقوم بوظيفة المھبط

خر للزخرفة أو ، فإن المعدن يمكن أن يطلى بمعدن آكھربائي

. (corrosion)للحمايته من التآك

الطالء الكهربائي

؟الطالء الكهربيعرف ) س

على معدن آخر أو نترسيب طبقة رقيقة من معدن معي

.سبيكة

ما اهلدف من طالء املعادن؟) س

كحماية الكروم للحديد من الصدأ ( حمايتھا من التآكل) ١

.)في السيارات

كما في الجواھر والمذھبات أو إعطائھا مظھرا جذابا ) ٢

الزائفة للنساء المطلية بالذھب أو الفضة، ومقابض األبواب

والمفاتيح للرجال أيضا،

الى الحماية من التآكل وإعطاء ويمكن أن يھدف الطالء) ٣

.المظھر الجذاب معا



(407)

) س ؟ما مسك طبقة الطالء عادة

إلى (mm 0.03)يتراوح سمك الطبقة عادة بين

(0.05 mm) من الملمتر.

ما أهمية الطالء للمعادن؟) س

. وتعتبر عملية الطالء ذات أھمية تجارية عظيمة

ففي صناعة السيارات مثال، نرى العديد من األجزاء •

المختلفة، مثل الصدامات المصنوعة من الصلب، مطلية

.كھربائيا بالكروم للتجميل ولحمايتھا ضد الصدأ

جميال أو وتطلى األواني المنزلية إلكسابھا منظرا •

مقاومة للتآكل )٤١-١٦شكل ( أو للھدفين معا

.باستخدام الفضة لألواني المنزلية الطالء الكھربائي ) : ٤١- ١٦( شكل



(408)

؟كهربائيمت عملية الطالء الكيف ) س كمصعد) المراد ترسيبھا(والمادة ) كمھبط(توضع المادة المراد طالؤھا )١

المراد الطالء به يغمر القطبان في ملح المعدن )٢

يسلط التيار بحيث يتم تفريغ أيون المعدن على المھبط بعد ذلك )٣ ) ٤٢-١٦( األشكالترسيبه كما في وبالتالي

الطالء الكھربائي لملعقة وشعار بالفضة ) :٤٢-١٦(شكل



(409)

فمثال لطالء جسم بمعدن النحاس على سبيل المثال، فإنه ينبغي •

التي كھربائيفي خلية التحليل ال كمھبطسطح الجسم جعل

تحوي محلول لملح نحاس قابل للذوبان كمصدر أليونات

. النحاس

والتغطية ستصبح بمعدن النحاس (coated)الجسم سيغطى •

وكلما اختزلت كھربائيسميكة كلما استمر التحليل ال

. اإللكترونات مزيدا من أيونات النحاس الى ذرات النحاس إذا كان الجسم معدنا، فإنه سيوصل الكھرباء بنفسهو •

(will conduct electricity by itself) .

، فإن السطح يمكن (nonmetal)معدنا وإذا كان الجسم المراد طالؤه ليس •

الجرافيت أن يصبح موصال برشه ببودرة

(can be lightly dusted with graphite powder to make it conducting).

(specious metals)المعادن النفيسة ذات المظھر الحسن •

تطلى على المعادن األرخص مثل الذھب غالبا

(cheaper metals) مثل النحاس لعمل الحلي والمجوھرات

(jewelry) .

وإذا كان التيار والمدة لتفاعل الطالء معلومين، فإنه من الممكن •

اب كتلة الذھب التي سوف تختزل على سطح المھبطحس

(cathode surface)



(410)

(immersed)، افرض أن الجسم المراد طالؤه غمر فعلى سبيل المثال •

وعمل كمھبط بوصله بالقطب السالب (AuCl3)في محلول من

(negative pole) للبطارية .

ملبواسطة غمر مصعد خا (circuit is completed)وتكمل الدائرة •

(inert anode) في المحلول، والذھب يختزل عند المھبط لمدة

(60 min) قدره عند تيار (0.25 A) . وبالتالي فإن نصف تفاعل

:ختزال اال3+Au (aq) + 3e Au(s)⎯⎯→

:وكتلة الذھب المختزلة تحسب كما يلي 60 s 1 mol e 1 mol Au 197 gAu0.25 C/s 60 min × = 0.61 g Au

1 min 96500 C 3 mol e 1 mol Au⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞× × × ×⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠

رة ابھا مباش ن حس اراداي األول ويمك انون ف ن ق ا م يمر معن ا س كم

: )السابع عشرالفصل ( بالفصل القادمAw. I. tm =

z . F197 0.25 60 60m =

3 96500m = 0.61 g

× × ××

ما العوامل المؤثرة على عملية الطالء؟ ) س

فرق الجھد –شدة التيار –التركيز : ھناك عوامل كثيرة منھا ) ج

الخ...نظافة السطح المطلى –



(411)

)٢-١٦(مثال ول باستخدام احسب كتلة الفضة التي يمكن استخدامھا في الطالء من محل

دره ار ق دة (A 0.50)تي و . (min 20)لم بط ھ ل المھ أن تفاع ا ب : علم+Ag (aq) + e Ag(s)⎯⎯→

احلل Aw. I. tm =

z . F108 0.5 (20 60)m =

1 96500m = 0.671 g

× × ××

بعض مجاالت استعمال الطالء الكھربائي) : ١- ١٦(جدول

مجال التطبيق

المحلول المھبط

معدن الذي يراد طالؤهال المصعد

المعدن الذي يزود المحلول ( )باأليونات المطلوبة

مجوھرات وأواني طاولة

الطعام

4% AgCN, 4% KCN, 4% K2CO3

Ag

Ag

مجوھرات

3% AuCN, 19% KCN K2HPO4 buffer

Au, C, Ni-Cr

Au

قطع السيارات

25% CrO3 0.25% H2SO4

Pb

Cr

ن الكرومقواعد لصحو

30% NiSO4 2% NiCl2, 1% H3BO3

Ni

Ni

حديد مجلفن

4% Zn(CN)2, 5% NaCN, 8% NaOH, 5% Na2CO3

Zn

Zn

,H2SO4 % 8 علب حفظ الطعام7 % SnSO4

Sn Sn



(412)

ملحق أهم خاليا التحليل الكهربي

وتفاعالتها احملتملة واألكثر احتماال



(413)

(NaCl)هور كلوريد الصوديومالتحليل الكهربائي ملص) ١

- تفاعل األكسدة ο2 anode2 Cl Cl (g) + 2 e E 1.3595 V⎯⎯→ = −

+ تفاعل االختزال οcathode2 Na + 2e 2 Na(L) E 2.714 V⎯⎯→ = −

+ التفاعل الكلي -2 cell2 Na + 2 Cl 2 Na(L) + Cl (g) E = - 4.0735 V ο⎯⎯→

املائي (NaCl) تحليل الكهربائي حمللول كلوريد الصوديومال) ٢

- ο2 2 cathode

+ οcathode

+2 2

2 H O (L) + 2 e H (g) + 2 OH (aq) E = - 0.8277 V

Na + e Na E = - 2.714 V

O + 4H + 4e 2H O

⎯⎯→

⎯⎯→

⎯⎯→ οcathode

- ο2 cathode

E 1.229 V

Cl (g) + 2e 2 Cl (aq) E = 1.3595 V

=

⎯⎯→

) :الصوديوم تحيتمل أن خيتزل املاء أو أيونا(تفاعالت االختزال احملتملة ١( - ο


cathodeNa + e Na E = - 2.714 V⎯⎯→ ) :حيتمل أن يتأكسد املاء أو أيونات الكلوريد(تفاعالت األكسدة احملتملة

٣( + ο2 2 anode2H O O + 4H + 4e E 1.229 V⎯⎯→ = −

٤( - ο2 anode2 Cl (aq) Cl (g) + 2e E = - 1.3595 V ⎯⎯→



(414)

و تفاعل ) ١(تفاعل –الختزال الماء وأيونات الصوديوم ( وبمقارنة جھدي االختزالنجد أن الماء أسھل في اختزاله من أيونات الصوديوم لذلك فتفاعل االختزال )) ٢(

: األكثر احتماال ھو - ο


)) ٤(و ) ٣(أكسدة الكلوريد وأكسدة الماء بالتفاعلين ( دةوبمقارنة جھدي األكسبسبب الشحنة (في حالة التركيز العالي منه أن أكسدة الكلوريد ھي المفضلة نجد

:فتفاعل األكسدة األكثر احتماال ھو )السالبة عليه وتقارب جھدي األكسدة- ο


: التفاعلني األكثر احتماال وبالتايل فالتفاعل الكلي هو جمموع- ο

2 anode

- ο2 2 cathode

at anode : 2 Cl (aq) Cl (g) + 2e................................E 1.3595 V

at cathode : 2 H O(L) + 2 e H (g) + 2 OH (aq)............E 0.8277 V____________________________

⎯⎯→ = −

⎯⎯→ = −

- - ο2 2 2 cell

____________________________________________ 2 H O(L) + 2Cl (aq) H (g) + Cl (g) + 2 OH (aq)..........E 2.1872 V

⎯⎯→ = −

الماء و الكلوريد أن يتأكسديمكن ويمكن عند التركيزات المنخفضة أليون الكلوريد

: أيضا فتكون تفاعالت التأكسد الحادثة ھي + ο

2 2 anode

- ο2 anode

2H O O + 4H + 4e E 1.229 V

2 Cl (aq) Cl (g) + 2e E = - 1.3595 V

⎯⎯→ = −

⎯⎯→



(415)

(HCl)التحليل الكهربائي حمللول كلوريد اهليدروجني) ٣

- ο2 2 cathode

+ ο2 cathode

+2 2

2 H O (L) + 2 e H (g) + 2 OH (aq) E = - 0.8277 V

2 H (aq) + 2 e H (g) E = 0.000 V

O + 4H + 4e 2H O

⎯⎯→

⎯⎯→

⎯⎯→ οcathode

- ο2 cathode

E 1.229 V

Cl (g) + 2e 2 Cl (aq) E = 1.3595 V

=

⎯⎯→

) :اهليدروجني تحيتمل أن خيتزل املاء أو أيونا(تفاعالت االختزال احملتملة ١( - ο

2 2 cathode2 H O(L) + 2 e H (g) + 2 OH (aq) E = - 0.8277 V⎯⎯→ ٢( + ο

2 cathode2 H (aq) + 2 e H (g) E = 0.000 V ⎯⎯→ ) :حيتمل أن يتأكسد املاء أو أيونات الكلوريد(تفاعالت األكسدة احملتملة

٣( + ο2 2 anode2H O O + 4H + 4e E 1.229 V⎯⎯→ = −

٤( - ο2 anode2 Cl (aq) Cl (g) + 2e E = - 1.3595 V⎯⎯→

و ) ١(تفاعل –الختزال الماء وأيونات الھيدروجين ( وبمقارنة جھدي االختزال

نجد أن أيونات الھيدروجين أسھل في اختزالھا من الماء لذلك فتفاعل )) ٢(تفاعل

: االختزال األكثر احتماال ھو + ο


)) ٤(و ) ٣(أكسدة الكلوريد وأكسدة الماء بالتفاعلين ( وبمقارنة جھدي األكسدة

نجد أن قيمتھما متقاربة ويفضل في األكسدة الكلوريد لوجود الشحنة السالبة عليه



(416)

، لذلك فأكسدة الكلوريد ھي األكثر )وذلك عند التركيزات العالية منه في المحلول(

:احتماال - ο


: وبالتايل فالتفاعل الكلي هو جمموع التفاعلني - ο

2 anode

+ ο2 cathode

at anode : 2 Cl (aq) Cl (g) + 2e.....................................E - 1.3595 V

at cathode : 2 H (aq) + 2 e H (g)......................................E 0.000 V___________

⎯⎯→ =

⎯⎯→ =

+ - ο2 2 cell

________________________________________________________ 2 H (aq) + 2 Cl (aq) H (g) + Cl (g) .......E - 1.3595 V⎯⎯→ ↑ ↑ =

الماء وكذلك أليون الكلوريد أن يتأكسد يمكن ويمكن عند التركيزات المنخفضة

: أيضا فتكون تفاعالت التأكسد الحادثة ھي + ο

2 2 anode

- ο2 anode

2H O O + 4H + 4e E 1.229 V

2 Cl (aq) Cl (g) + 2e E = - 1.3595 V

⎯⎯→ = −

⎯⎯→



(417)

(H2SO4)يف وسط حامضي املقطر ماءالتحليل الكهربائي لل) ٤ )التحليل الكهربي حمللول محض الكربيت(

- ο

2 2 cathode

+ ο2 cathode

+2 2

2 H O (L) + 2 e H (g) + 2 OH (aq) E = - 0.8277 V

2 H (aq) + 2 e H (g) E = 0.000 V

O + 4H + 4e 2H O

⎯⎯→

⎯⎯→

⎯⎯→ οcathode


E 1.229 V

S O + 2e 2SO E = 2.000 V

=

⎯⎯→

) :اهليدروجني تحيتمل أن خيتزل املاء أو أيونا(تفاعالت االختزال احملتملة ١( - ο


2 cathode2 H (aq) + 2 e H (g) E = 0.000 V ⎯⎯→ ) :حيتمل أن يتأكسد املاء أو أيونات الكربيتات(ت األكسدة احملتملة تفاعال

٣( + ο2 2 anode2H O O + 4H + 4e E 1.229 V⎯⎯→ = −

٤( 2- 2- ο4 2 8 anode2SO S O + 2e E = - 2.00 V⎯⎯→

و ) ١(تفاعل –الختزال الماء وأيونات الھيدروجين ( وبمقارنة جھدي االختزال

ن الماء لذلك فتفاعل نجد أن أيونات الھيدروجين أسھل في اختزالھا م)) ٢(تفاعل

: االختزال األكثر احتماال ھو + ο




(418)

)) ٤(و ) ٣(أكسدة الكبريتات وأكسدة الماء بالتفاعلين ( وبمقارنة جھدي األكسدة

أسھل من أكسدة الكبريتات لذلك فتفاعل األكسدة األكثر احتماال الماءأن أكسدة نجد

:ھو + ο

2 2 anode2H O O + 4H + 4e E 1.229 V⎯⎯→ = −

: وبالتايل فالتفاعل الكلي هو جمموع التفاعلني األكثر احتماال

ο

cathode

+ ο2 2 anode

+2 ......................E = 0.000 V

at anode : 2 H O (L) O (g) + 4 H + 4 e.................E = - 1.229 V

at cathode : 2 2H (aq) + 2e H (g)

⎯⎯→ ↑

⎡ ⎤× ⎯⎯→ ↑⎣ ⎦

ο2 2 2 cell(g) (g)

_____________________________________________________________________ 2 H O(L) O + H ......................E = - 1.229 V ↑ ↑⎯⎯→



(419)

(NaOH) يف وسط قاعدي التحليل الكهربائي ملاء مقطر) ٥ )التحليل الكهربي حمللول هيدروكسيد الصوديوم املائي(

- ο2 2 cathode

+ οcathode

+2 2

2 H O (L) + 2 e H (g) + 2 OH (aq) E = - 0.8277 V

Na + e Na E = - 2.714 V

O + 4H + 4e 2H O

⎯⎯→

⎯⎯→

⎯⎯→ οcathode

- ο2 2 cathode

E 1.229 V

O + 2H O + 4e 4OH E 0.401 V

=

⎯⎯→ =



cathodeNa + e Na E = - 2.714 V⎯⎯→ ) :حيتمل أن يتأكسد املاء أو أيونات اهليدروكسيد(تفاعالت األكسدة احملتملة

٣( + ο2 2 anode2H O O + 4H + 4e E 1.229 V⎯⎯→ = −

٤( - ο2 2 anode4OH O + 2H O + 4e E 0.401 V⎯⎯→ = −

و ) ١(تفاعل –الختزال الماء وأيونات الصوديوم ( وبمقارنة جھدي االختزال

نجد أن الماء أسھل في اختزاله من أيونات الصوديوم لذلك فتفاعل )) ٢(تفاعل

: االختزال األكثر احتماال ھو - ο




(420)

و ) ٣(لھيدروكسيد وأكسدة الماء بالتفاعلين أكسدة ا( وبمقارنة جھدي األكسدة

أن أكسدة الھيدروكسيد أسھل من أكسدة الماء لذلك فتفاعل األكسدة األكثر نجد)) ٤(

:احتماال ھو - ο

2 2 anode4OH O + 2H O + 4e E 0.401 V⎯⎯→ = −


2 2 anode

- ο2 2 cathode

at anode : 4OH O (g) + 2H O + 4e ...............................E = - 0.401 V

at cathode : 2 2H O(L) + 2 e H (g) + 2 OH (aq) ...........E 0.8277 V

____________

⎯⎯→ ↑

⎡ ⎤× ⎯⎯→ ↑ = −⎣ ⎦

2 2 2 cell

_______________________________________________________________ 2 H O(L) O (g) + 2H (g) ............................E 1.2287 Vο⎯⎯→ ↑ ↑ = −

. أن التحليل الكھربي لمحلول ھيدروكسيد الصوديوم ما ھو إال تحليل كھربي للماء مما يعني



(421)

(KI)يوديد البوتاسيوم صهورالتحليل الكهربائي مل) ٦

- تفاعل األكسدة ο2 anode2I I + 2e E = - 0.5355 V⎯⎯→

+ تفاعل االختزال οcathode2 K + e K E = - 2.925 V⎡ ⎤× ⎯⎯→⎣ ⎦

+ التفاعل الكلي - ο2 cell2K 2I K + I E 3.4605 V+ ⎯⎯→ = −

(KI)التحليل الكهربائي حمللول يوديد البوتاسيوم ) ٧

- ο2 2 cathode

+ οcathode

-2

2 H O (L) + 2 e H (g) + 2 OH (aq) E = - 0.8277 V

K + e K E = - 2.925 V

I + 2e 2I

⎯⎯→

⎯⎯→

⎯⎯→ οcathode

+ ο2 2 cathode

E = 0.5355 V

O + 4H + 4e 2H O E 1.229 V⎯⎯→ =

) :البوتاسيوم تحيتمل أن خيتزل املاء أو أيونا(تفاعالت االختزال احملتملة ١( - ο


cathodeK + e K E = - 2.925 V⎯⎯→



(422)

) :حيتمل أن يتأكسد املاء أو أيونات اليوديد(تفاعالت األكسدة احملتملة ٣( + ο

2 2 anode2H O O + 4H + 4e E 1.229 V⎯⎯→ = − ٤( - ο

2 anode2I I + 2e E = - 0.5355 V⎯⎯→

و ) ١(تفاعل –الختزال الماء وأيونات البوتاسيوم ( وبمقارنة جھدي االختزال

نجد أن الماء أسھل في اختزاله من أيونات البوتاسيوم لذلك فتفاعل )) ٢(تفاعل

: االختزال األكثر احتماال ھو - ο


)) ٤(و ) ٣(بالتفاعلين أكسدة اليوديد وأكسدة الماء ( وبمقارنة جھدي األكسدة

ھو اعل األكسدة األكثر احتماال أن أكسدة اليوديد أسھل من أكسدة الماء لذلك فتف نجد- ο

2 anode2I I + 2e E = - 0.5355 V⎯⎯→


2 anode

- ο2 2 cathode

2 I (aq) I (s) + 2 e E = - 0.5355 V

2 H O(L) + 2 e H (g) + 2 OH (aq) E = - 0.8277 V_____________________________

⎯⎯→

⎯⎯→

- - ο2 2 2 cell

_______________________________ 2I (aq) + 2 H O(L) I (s) + H (g) + 2 OH (aq) E = - 1.363 V⎯⎯→



(423)

املائي (CuSO4)لتحليل الكهربائي حمللول كربيتات النحاس ا) ٨

- ο2 2 cathode

2+ οcathode

+2 2

2 H O (L) + 2 e H (g) + 2 OH (aq) E = - 0.8277 V

Cu + 2e Cu E = 0.337 V

O + 4H + 4e 2H O

⎯⎯→

⎯⎯→

⎯⎯→ οcathode


E 1.229 V

S O + 2e 2SO E 2.000 V

=

⎯⎯→ =

) : (II)النحاس تحيتمل أن خيتزل املاء أو أيونا(تفاعالت االختزال احملتملة ١( - ο


cathodeCu + 2e Cu E = 0.337 V⎯⎯→ ) :اء أو أيونات الكربيتاتحيتمل أن يتأكسد امل(تفاعالت األكسدة احملتملة

٣( + ο2 2 anode2H O O + 4H + 4e E 1.229 V⎯⎯→ = −

٤( 2- 2- ο4 2 8 anode2SO S O + 2e E 2.00 V⎯⎯→ = −

و تفاعل ) ١(تفاعل –الختزال الماء وأيونات النحاسيك ( وبمقارنة جھدي االختزال

نجد أن أيون النحاس أسھل في اختزاله من جزيئات الماء لذلك فتفاعل )) ٢(

: االختزال األكثر احتماال ھو 2+ ο


و ) ٣(أكسدة أيون الكبريتات وأكسدة الماء بالتفاعلين ( وبمقارنة جھدي األكسدة

أن أكسدة جزيئات الماء أسھل من أكسدة أيون الكبريتات لذلك فتفاعل نجد)) ٤(



(424)

:األكسدة األكثر احتماال ھو+ ο

2 2 anode2H O O + 4H + 4e E 1.229 V⎯⎯→ = −

: ني األكثر احتماال وبالتايل فالتفاعل الكلي هو جمموع التفاعل+ ο

2 2 anode

2+ οcathode

2

2H O O + 4H + 4e E 1.229 V

2 Cu + 2e Cu E = 0.337 V

_________________________________________________2H O(L)

⎯⎯→ = −

⎡ ⎤× ⎯⎯→⎣ ⎦

2+ +2 + 2Cu (aq) O (g) + 4H (aq) + 2Cu(s) ⎯⎯→ ↑



(425)

املائي (CuCl2)التحليل الكهربائي حمللول كلوريد النحاسيك ) ٩

- ο2 2 cathode

2+ οcathode

+2 2

2 H O (L) + 2 e H (g) + 2 OH (aq) E = - 0.8277 V

Cu + 2e Cu E = 0.337 V

O + 4H + 4e 2H O

⎯⎯→

⎯⎯→

⎯⎯→ οcathode

- ο2 cathode

E 1.229 V

Cl + 2e 2Cl E 1.3595 V

=

⎯⎯→ =

) : (II)النحاس تحيتمل أن خيتزل املاء أو أيونا(تفاعالت االختزال احملتملة ١( - ο


cathodeCu + 2e Cu E = 0.337 V⎯⎯→ ) :حيتمل أن يتأكسد املاء أو أيونات الكلوريد(تفاعالت األكسدة احملتملة

٣( + ο2 2 anode2H O O + 4H + 4e E 1.229 V⎯⎯→ = −

٤( - ο2 anode2Cl Cl + 2e E 1.3595 V⎯⎯→ = −


ھل في اختزاله من جزيئات الماء لذلك فتفاعل نجد أن أيون النحاس أس)) ٢(





(426)

و ) ٣(أكسدة أيون الكلوريد وأكسدة الماء بالتفاعلين ( وبمقارنة جھدي األكسدة

أن أكسدة الكلوريد ھي المفضلة بسبب شحنته السالبة وبسبب تقارب نجد)) ٤(

:ذلك فتفاعل األكسدة األكثر احتماال ھو جھدي األكسدة ل- ο

2 anode2Cl Cl + 2e E 1.3595 V⎯⎯→ = −


2 anode

2+ οcathode

-

2Cl Cl + 2e E 1.3595 V

Cu + 2e Cu E = 0.337 V___________________________________________________2Cl (

⎯⎯→ = −

⎯⎯→

2+ ο2 cellaq) + Cu (aq) Cl (g) + Cu(s) E = - 1.0225 V ⎯⎯→



(427)

املائي (Na2SO4)التحليل الكهربائي حمللول كربيتات الصوديوم ) ١٠

- ο2 2 cathode

+ οcathode

+2

2 H O (L) + 2 e H (g) + 2 OH (aq) E = - 0.8277 V

Na + e Na E = - 2.714 V

O + 4H + 4e 2H

⎯⎯→

⎯⎯→

⎯⎯→ ο2 cathode


O E 1.229 V

S O + 2e 2SO E 2.00 V

=

⎯⎯→ =



cathodeNa + e Na E = - 2.714 V⎯⎯→ ) :حيتمل أن يتأكسد املاء أو أيونات الكربيتات(تفاعالت األكسدة احملتملة

٣( + ο2 2 anode2H O O + 4H + 4e E 1.229 V⎯⎯→ = −

٤( 2- 2- ο4 2 8 anode2SO S O + 2e E 2.00 V⎯⎯→ = −

و ) ١(تفاعل –الختزال الماء وأيونات الصوديوم ( وبمقارنة جھدي االختزال

نجد أن جزيئات الماء أسھل في اختزالھا من أيونات الصوديوم لذلك )) ٢(تفاعل

: فتفاعل االختزال األكثر احتماال ھو - ο


و ) ٣(ت وأكسدة الماء بالتفاعلين أكسدة أيون الكبريتا( وبمقارنة جھدي األكسدة

أن أكسدة جزيئات الماء أسھل من أكسدة أيون الكبريتات لذلك فتفاعل نجد)) ٤(



(428)

:األكسدة األكثر احتماال ھو+ ο

2 2 anode2H O O + 4H + 4e E 1.229 V⎯⎯→ = −

: وبالتايل فالتفاعل الكلي هو جمموع التفاعلني األكثر احتماال + ο

2 2 anode

- ο2 2 cathode

2H O(L) O (g) + 4H (aq) + 4e.............................. E 1.229 V

2 2 H O (L) + 2 e H (g) + 2 OH (aq) ...............E = - 0.8277 V

____________________________________________

⎯⎯→ = −

⎡ ⎤× ⎯⎯→⎣ ⎦

+ - ο2 2 2 cell

_________________6H O(L) O (g) + 4H (aq) + 2H (g) + 4OH (aq).......... E = - 2.0567 V⎯⎯→

: لتفاعل الكلي األخري ميكن اختصاره كما يلي وا+ -

2 2 2

2 2 2 2

2 2 2

6H O(L) O (g) + 4H (aq) + 2H (g) + 4OH (aq)

6H O(L) O (g) + 2H (g) + 4H O

2H O(L) O (g) + 2H (g)

⎯⎯→

⎯⎯→

⇒ ⎯⎯→

ائي ل كھرب و إال تحلي ا ھ وديوم م ات الص ائي لكبريت ل الكھرب ي أن التحلي ا يعن مم

. للماء

ا ال تستھلك ى أنھ ائي بمعن ل الكھرب ذا التحلي وال تشترك كبريتات الصوديوم في ھ

. ء على التعادل الكھربائي للمحلولويكون دورھا اإلبقا. عند األقطاب

اء، دة الم اء أكس ات فأثن تج أيون ود (+H)تن ر لآلن وار المباش ي الج ب أن . ف ويج

ذي يحقق ون ال يوجد أيون سالب أيضا في الجوار ليعادل الشحنات الموجبة، واألي

SO4)ذلك ھو أيون 2-) .

اثود د الك ات وبالمثل عن تج أيون ة ، يجب أن توجد (-OH)، حيث تن ات موجب أيون

(-OH)لتعادل الشحنات على أيونات . ، فتحفظ بذلك المحلول متعادال كھربيا



(429)

التحليل الكهربي حمللول كربيتات النحاسيك يف وجود أقطاب حناس) ١١

- ο2 2 cathode

2+ οcathode

+2 2

2 H O (L) + 2 e H (g) + 2 OH (aq) E = - 0.8277 V

Cu + 2e Cu E = 0.337 V

O + 4H + 4e 2H O

⎯⎯→

⎯⎯→

⎯⎯→ οcathode


E 1.229 V

S O + 2e 2SO E 2.000 V

=

⎯⎯→ =

) : (II)لنحاسا تحيتمل أن خيتزل املاء أو أيونا(تفاعالت االختزال احملتملة ١( - ο


cathodeCu + 2e Cu E = 0.337 V⎯⎯→ ) :حيتمل أن يتأكسد املاء أو أيونات الكربيتات أو قطب النحاس(تفاعالت األكسدة احملتملة

٣( + ο2 2 anode2H O O + 4H + 4e E 1.229 V⎯⎯→ = −

٤( 2- 2- ο4 2 8 anode2SO S O + 2e E 2.00 V⎯⎯→ = −

٥( 2+ οanodeCu Cu + 2e E = - 0.337 V⎯⎯→


نجد أن أيون النحاس أسھل في اختزاله من جزيئات الماء لذلك فتفاعل )) ٢(



أكسدة أيون الكبريتات وأكسدة الماء وأكسدة قطب ( وبمقارنة جھود األكسدة



(430)

من أكسدة أن أكسدة قطب النحاس أسھل نجد)) ٥(و ) ٤(و ) ٣(الحديد بالتفاعلين

:الكبريتات وجزيئات الماء لذلك فتفاعل األكسدة األكثر احتماال ھو 2+ ο

anodeCu Cu + 2e E = - 0.337 V⎯⎯→

. من مادة القطب إلى المحلول حيث تنفصل أيونات النحاسيك

ى شوائب من وي عل ة النحاس، فالنحاس المحت ي تنقي ة تستخدم ف ذه الطريق وھ

ي خلي ود، ف ادة اآلن ون م رى يك ل عناصر أخ ري تحلي ائي، ويج ل الكھرب ة التحلي

ا اس كھربي ات النح ول كبريت ى –محل ي عل اس النق يب النح الء بترس تم الط وي

. الكاثود

16th chapter electrolysis

Documents

e e cell

e e oxidation

e e xidation

e cu e reduction

e cr e reduction

e sn e reduction

e cd e reduction

e ni e reduction