אלקטרוליזה

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש

אלקטרוליזה (מיוונית: אלקטרו = חשמל, ליזיס = פירוק) היא שיטה של פירוק תרכובת יונית ליסודותיה בעזרת זרם חשמלי. אלקטרוליזיה היא תהליך אנדותרמי, כלומר, לביצוע התהליך יש צורך באספקת אנרגיה למערכת, על ידי זרם חשמלי.

בכימיה וסוגי ייצור, אלקטרוליזה היא שיטה, תהליך כימי שעובר בחומר יוני או בתמיסה מימית, של פירוק קשרים בין חומרים מולקולריים ותרכובות שונות ליסודותיהם הנפרדים.

התהליך מתבצע על ידי העברת זרם חשמלי בתוך מערכת נוזלים סגורה והרמטית, ובכך מפרק את הקשר. היונים עוברים תהליכי חמצון חיזור בהתאם למטענם:

האלקטרוליזה משמשת גם לציפוי מטבעות בנחושת על ידי התרכובת נחושת כלורית

סקירה כללית[עריכת קוד מקור | עריכה]

תהליך האלקטרוליזה[עריכת קוד מקור | עריכה]

התופעה המתרחשת באלקטרוליזה היא שינוי הרכב המולקולות והיונים בתמיסה הנובע מהופסה או החסרה של אלקטרונים. שינוי כמות האלקטרונים מתבצע על ידי זרם חשמלי חיצוני. לעיתים רבות תוצרי האלקטרוליזה הם בעלי תכונות פיסיקליות שונות מאשר המגיבים וניתנים להפרדה מהתמיסה המימית. הסיבה לכך היא כי היונים מטבעם הם מסיסים במים בעוד שהתוצרים של האלקטרוליזה יכולים להיות גזים ומתכות, אשר אינם מסיסים במים.

דוגמה לתהליך אלקטרוליזה של מי מלח (תמיסה מימית של כלוריד הנתרן) ליצירת כלור ומימן, שני התוצרים הם גזים ובמהלך האלקטרוליזה יווצרו ויבעבעו החוצה מהנוזל בקרבת האלקטרודות.

כאשר יוצרים מפל מתחים במערכת ע"י מקור מתח מתחילה תנועה של אלקטרונים בין שתי האלקטרודות. בגלל הפיזור הלא אחיד של האלקטרונים בין שתי האלקטרודות הן טעונות במטען הפוך. יונים טעונים חיובים (קטיונים) נמשכים לאלקטרודה רווית האלקטרונים (הקתודה). יונים טעונים שלילית (אניונים) נמשכים לאלקטרודה חסרת האלקטרונים (אנודה).

כאשר נוצר מגע בין האלקטרודה לאלקטרוליט יכולה להיווצר תגובה כימית. צורונים לא טעונים יכולים לספוח או להינתק מאלקטרון, להפוך ליון ולהצטרף לתמיסת האלקטרוליט כיון. לחילופין אניון יכול למסור אלקטרון וקטיון יכול לספח אליו אלקטרון ובאופן זה הם יהיו בעלי מטען נייטרלי.

חמצון וחיזור על גבי האלקטרודה[עריכת קוד מקור | עריכה]

חמצון של יונים או מולקולות ניטרליות מתבצע על גבי האנודה. כמו למשל תהליך חמצון של יוני קט ברזל אל יוני רב-ברזל על גבי האנודה:

באותו אופן תהליך החיזור מתרחש בקתודה. כמו למשל יוני נחושת, אשר סופחים אליהם שני אלקטרונים והופכים לנחושת מוצקה.

חוקי האלקטרוליזה של פאראדי[עריכת קוד מקור | עריכה]

חוק האלקטרוליזה הראשון[עריכת קוד מקור | עריכה]

כמות החומרים שהופרדו כתוצאה מהעברת המתח החשמלי בתמיסה פרופורציונלי לכמות המטען החשמלי שעבר דרך המעגל החשמלי.

או

כאשר e הוא האקוויולנט האלקטרוכימי של המתכת שעוברת שיקוע בתגובה או לחילופין הגז שמשוחרר באחת האלקטרודות.

חוק האלקטרוליזה השני[עריכת קוד מקור | עריכה]

כאשר זרם זהה עובר דרך סדרה של אלקטרוליטים מחוברים בתור, המסה של החומר העובר שיקוע או משתחרר כגז באלקטרודות הוא פרופורציונלי למסה האקוויולנטית שלהם.

דוגמה[עריכת קוד מקור | עריכה]

על ידי הזרמת חשמל באופן מבוקר דרך אלקטרודות למים, ניתן לפרק את המים (שהרכבם הכימי הוא H2O) לשני היסודות מהם המים מורכבים, חמצן ומימן (הוספת מלח למים תזרז את התהליך מפני שהוספת המלח תגרום להטבת ההולכה). בסוף התהליך (פירוק כימי) ייווצרו מימן וחמצן ביחס (נפחי) של 1:2. כלומר, תיווצר כמות כפולה של מימן מכיוון שבכל מולקולת מים יש שני אטומים של מימן על כל אחד של חמצן.

יישומים[עריכת קוד מקור | עריכה]

אלגון[עריכת קוד מקור | עריכה]

שימוש אחד לאלקטרוליזה הוא אלגון (ציפוי), תהליך בו חומר מצפה עובר חיזור על גבי קתודה המכילה חומר שעובר תהליך ציפוי.

מיצוי אלומיניום[עריכת קוד מקור | עריכה]

תהליך בו הופכת עפרת האלומיניום לאלומיניום (הומצא על ידי צ'ארלס מרטין הול בשנת 1886).

תהליך כלור אלקלי[עריכת קוד מקור | עריכה]

ייצור כלור ונתרן הידרוקסידי בתהליך כלור-אלקלי

אלקטרוסינתזה[עריכת קוד מקור | עריכה]

אלקטרוסינתזה היא שיטה לייצור חומרים דרך תגובות אלקטרוליזה.

כך למשל דו-תחמוצת המנגן (אשר משתמשים בה ב סולל אלקליין). התגובה מתבצעת ע"י כאשר דו-תחמוצת המנגן נוצר בתהליך חמצון של יון מנגן על גבי האנודה.

תגובת החמצון על האנודה היא:

תגובת החיזור המתבצעת על הקתודה היא חיזור של יוני מימן למימן מולקולרי:

ציפוי אלקטרוכימי[עריכת קוד מקור | עריכה]

ציפוי אלקטרוכימי הוא שיטת ציפוי בה מצפים מתכת (ולעיתים פולימר) בכשבה עוטפת של מתכת אחרת.

בתהליכים אלה המתכת העוברת ציפוי משמשת כאנודה בתא אלקטרוכימי ויוני המתכת בתמיסה עוברים חמצון על גביה. תהליכי ציפוי כאלה לרוב מיושמים מטעמים אסטטיים כמו צפוי של כלי ברזל בכסף או ציפוי פלדה בשכבת מגן העשויה מכרום כדי למנוע קורוזיה שכן הוא פחות ריאקטיבי עם מים.

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]


Chem template.svg ערך זה הוא קצרמר בנושא כימיה. אתם מוזמנים לתרום לוויקיפדיה ולהרחיב אותו.