نسخة الفيديو النصية
يجري طالب تجربتين للتحليل الكهربي باستخدام كبريتات النحاس الثنائي باعتباره إلكتروليتًا. يستخدم الطالب أقطاب الجرافيت في التجربة الأولى، وأقطاب النحاس في التجربة الثانية. أي سطر في الجدول يحدد تحديدًا صحيحًا ما يحدث في الأقطاب الكهربية في التجربتين؟
قبل أن نبدأ في مناقشة هذه المسألة، دعونا نحذف هذا الجدول حتى نفرغ بعض المساحة على الشاشة. حسنًا، تجرى تجارب التحليل الكهربي باستخدام خلية إلكتروليتية. وتتكون الخلايا الإلكتروليتية من قطبين في محلول إلكتروليتي، وهو محلول يحتوي على أيونات موصلة بمصدر طاقة بواسطة أسلاك. ويتسبب مصدر الطاقة في حدوث تفاعل أكسدة واختزال في الخلية. وتنجذب الأيونات السالبة الشحنة في المحلول إلى القطب الموجب الذي يسمى المصعد.
عند المصعد، يتأكسد الأيون السالب الشحنة. وينتج عن ذلك إلكترونات تنتقل عبر السلك إلى القطب السالب الذي يسمى المهبط. تنجذب الأيونات الموجبة في المحلول إلى المهبط. وعند المهبط تستقبل الأيونات الموجبة الإلكترونات التي تنتقل عبر السلك وتختزل. والآن دعونا نطبق هذه المفاهيم على التجربتين الواردتين في هذا السؤال.
تستخدم التجربة الأولى أقطابًا من الجرافيت وكبريتات النحاس الثنائي باعتبارها الإلكتروليت. إذن ماذا سيحدث عند الأقطاب في هذه التجربة؟ نحن نعلم أن أيونات النحاس اثنين موجب ستنجذب إلى المهبط، وأيونات الكبريتات ستنجذب إلى المصعد. لكن هناك أنواعًا كيميائية أخرى قد تتأكسد أو تختزل. نلاحظ هنا أن جزيئات الماء موجودة أيضًا في الخلية. وتتسبب الكهرباء المتدفقة في الخلية الإلكتروليتية في تفكك بعض جزيئات الماء إلى أيونات الهيدروجين والهيدروكسيد. تنجذب هذه الأيونات أيضًا إلى الأقطاب. كيف نعرف إذن الأنواع الكيميائية التي ستتأكسد عند المصعد، هل هي أيونات الهيدروكسيد أم أيونات الكبريتات؟
يوضح لنا هذا القاعدة العامة لميل الأنواع الكيميائية المختلفة إلى التأكسد عند المصعد. تميل أيونات الهالوجينات، مثل أيون الكلوريد وأيون البروميد وأيون اليوديد، إلى التأكسد بدرجة أكبر، وكذلك معظم الأقطاب المصنوعة من مواد نشطة. يأتي بعد ذلك أيون الهيدروكسيد. والأيونات الأخرى، مثل أيون الكبريتات وأيون النيترات، فهي أقل احتمالًا للتأكسد. أما الجرافيت فهو خامل، لذا فإنه لن يتأكسد عند المصعد. أيون الهيدروكسيد سيتأكسد. وسينتج الماء وغاز الأكسجين. إذن لقد حددنا أن غاز الأكسجين سينتج عند المصعد.
والآن دعونا نحدد ما سيحدث عند المهبط. العنصر الأكثر استقرارًا هو العنصر الذي يتفاعل عند المهبط؛ أو قد نفكر في هذا باعتباره العنصر الأقل نشاطًا. عند المقارنة بين النحاس والهيدروجين، نجد أن النحاس أكثر استقرارًا. إذن النحاس هو النوع الذي يختزل عند المهبط. تختزل أيونات النحاس في المحلول لتكوين نحاس صلب. إذن يتكون فلز النحاس عند المهبط. في التجربة الثانية، التغيير الوحيد بها هو أن الأقطاب مصنوعة من النحاس. الجرافيت خامل، لكن النحاس نشط. وهذا يعني أن النحاس سيتأكسد عند المصعد بدلًا من أيونات الهيدروكسيد. وسيختفي فلز النحاس الذي يتكون منه القطب تدريجيًّا لذوبانه ليكون أيونات النحاس اثنين موجب. وستستمر أيونات النحاس اثنين موجب في الاختزال لتكوين فلز النحاس.
يمكننا الآن حل هذه المسألة. إننا نعلم أنه في التجربة الأولى ينتج الأكسجين عند المصعد، ويتكون النحاس عند المهبط. وفي التجربة الثانية، يذوب المصعد ويتكون النحاس عند المهبط. إذن السطر في الجدول الذي يحدد ما سيحدث عند الأقطاب في التجربتين هو السطر الثالث.
