التحليل الكهربائي

تفاعلات التأكسد والاختزال التلقائية في الخلايا الفولتية،تحوّل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية. وفي المقابل،تحرك الطاقة الكهربائية الخارجية تفاعلات التأكسد والاختزال غير التلقائية،في عملية تُسمى التحليل الكهربائي التي تجري في خلية تحليل كهربائي. تحتوي خلية التحليل الكهربائي على مصعد للتأكسد ومهبط للاختزال.

إلّا أنها تختلف عن الخلية الفولتية،التي يكون فيها المصعد المشحون بشحنة سالبة هو مصدر الإلكترونات،حيث يكون في خلية التحليل الكهربائي مصدر خارجي للإلكترونات كالبطارية. تسحب البطارية الإلكترونات من المصعد المتصل بقطبها الموجب وتدفعها باتجاه المهبط،المتصل بقطبها السالب. وهكذا تتدفق الإلكترونات من القطب الموجب إلى القطب السالب لمصدر الطاقة الخارجي.

يُستخدم التحليل الكهربائي لفصل المركبات الأيونية إلى العناصر المُكوّنة لها. في حالة الانصهار أو الحالة المائية،تكون الأيونات المُكوّنة حرة لتوصيل الكهرباء. لنتأمل بروميد البوتاسيوم،الذي ينصهر في درجة حرارة 734 مئوية.

هنا تكون أيونات البروميد والبوتاسيوم حاضرة في أخفض أو أعلى حالات التأكسد،على التوالي. بوجود الطاقة تتأكسد أيونات البروميد إلى غاز البروميد في المصعد،وتُختزل أيونات البوتاسيوم إلى بوتاسيوم صلب في المهبط. في المخاليط الأيونية المنصهرة مثل يوديد الصوديوم وبروميد البوتاسيوم،يُستخدم كمون القطب الكهربائي القياسي للتنبؤ بالمادة التي ستتفاعل.

عمومًا،الأيونات السالبة ذات كمون القطب الكهربائي المنخفض تتأكسد،بينما الأيونات الموجبة ذات كمون القطب الأكثر إيجابية تُختزل. ما يثير الإهتمام،أن التحليل الكهربائي لبروميد البوتاسيوم المائي،يُنتج نواتج مختلفة من الأملاح المنصهرة نتيجة التحلل الكهربائي المحتمل للماء. وهكذا قد يحدث تفاعلان في كل قطب؛تأكسد أيونات البروميد أو الماء في المصعد،واختزال أيونات البوتاسيوم أو الماء في المهبط.

نظراًلكمونه القطبي الكهربائي الأقل،يصبح تأكسد أيونات البروميد إلى بروم،هو التفاعل المفضل،بينما كمون القطب الأعلى للماء يدفع باتجاه اختزاله إلى غاز الهيدروجين. يمكن استخدام تكافؤ العناصر لنصفي التفاعل،لحساب كمية المواد الناتجة أو المستهلكة أثناء عملية التحليل الكهربائي. على سبيل المثال،التحليل الكهربائي لبروميد البوتاسيوم المنصهر،يستخدم إلكترونًا واحدًا لتشكيل ذرة بوتاسيوم.

بالتالي،مقابل كل مول من الإلكترونات أو 96, 485 كولوم من الشحنة التي تمر خلال الخلية ينتج مول واحد أو قرابة 39 غرام من البوتاسيوم الصلب.