مدرستي
Sciences physiques et technologie

المادة وتحولاتها (أ): الشاردة والتحليل الكهربائي التحليل الكهربائي البسيط

تفسير التحليل الكهربائي: أنصاف التفاعل، الأقطاب الخاملة والنشطة

🔊 La maîtresse lit pour toi
رأينا في الدرس السابق أنّ فلزّ النحاس يترسّب عند المهبط وأنّ غاز الكلور يتصاعد عند المصعد. لكنّ ما كان يسبح في المحلول شوارد تحمل شحنات كهربائية، وما خرج منه فلزّ وغاز لا يحمل أيّ واحد منهما شحنة. أين ذهبت شحنات الشوارد، ومن أخذ منها الإلكترونات ومن أعطاها إيّاها؟
🎓في نهاية هذا الدرس ستكون قادرا على:
  • تفسير دور كلّ مسرى في تبادل الإلكترونات مع المولّد
  • كتابة نصف التفاعل الذي يحدث عند المهبط وعند المصعد
  • كتابة الحصيلة الإجمالية للتفاعل والتحقّق من انحفاظ الذرّات والشحنة فيها
  • التمييز بين الأقطاب الخاملة والأقطاب النشطة بدور كلّ منها في التفاعل
  • مقارنة تحليل محلول كبريتات النحاس بأقطاب الكربون وبأقطاب النحاس
🔑يفترض هذا الدرس أنّك تتقن:
  • نتائج تحليل كلور النحاس: نحاس عند المهبط وكلور عند المصعد
  • معنى المصعد والمهبط وجهة هجرة كلّ نوع من الشوارد
  • أنّ الشاردة الموجبة ذرّة فقدت إلكترونات، والسالبة ذرّة اكتسبتها

بنك الإلكترونات: كيف يشتغل التحليل الكهربائي؟

لتقريب ما يحدث نتخيّل التحليل الكهربائي بنكا: الشوارد زبائن، والإلكترونات نقود، والمولّد هو البنك. عند المهبط شبّاك يسحب منه الزبون ما يحتاجه، وعند المصعد شبّاك يودع فيه الزبون ما يفيض عنه.

الإلكترونات تدور بين المولّد والمسريين، ولا تعبر المحلول أبدا
القاعدة
  • تُتبادل الإلكترونات بين المولّد والمسريين فقط، ولا تعبر أبدا من مسرى إلى مسرى داخل المحلول.
  • تغادر الإلكترونات القطب السالب للمولّد وتنزل إلى المهبط، فتأخذها هناك الشوارد الموجبة.
  • تترك الشوارد السالبة فائض إلكتروناتها عند المصعد، فتصعد هذه الإلكترونات إلى المولّد وتكتمل الدارة الكهربائية.

📜نصف التفاعل عند المهبط

نصف التفاعل كتابة تصف ما يحدث لنوع واحد من الشوارد عند مسرى واحد. ولنبدأ بالمهبط: شاردة النحاس تحمل شحنتين موجبتين، أي أنّها تحتاج إلى إلكترونين اثنين لتصير متعادلة. وهي تجدهما عند المهبط، فتأخذهما وتتحوّل إلى ذرّة نحاس.

تغيّر اللون هو أوضح علامة على انتقال الشاردة إلى ذرّة متعادلة
📜نصف التفاعل عند المهبط

الشحنتان الموجبتان تعادلهما شحنتان سالبتان، فيلزم إلكترونان لا أكثر ولا أقلّ.

Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu
Cu²⁺شاردة النحاس الثنائي، وهي في المحلولe⁻إلكترون واحد، شحنته سالبةCuذرّة نحاس متعادلة، أي فلزّ النحاس
وهذا يُرى بالعين: اللون الأزرق الذي يصبغ محاليل النحاس هو لون شاردة النحاس، لا لون فلزّ النحاس. فإذا أخذت الشاردة إلكترونيها عادت نحاسا فلزّيا لونه أحمر ورديّ، وهو اللون الذي يظهر على المهبط.

📜نصف التفاعل عند المصعد

وعند المصعد يحدث العكس تماما: شاردة الكلور تحمل إلكترونا زائدا واحدا، فتتركه على المسرى وتتحوّل إلى ذرّة كلور متعادلة.

ما يحدث لشاردة كلور واحدة

الشحنة السالبة الواحدة يحملها الإلكترون الزائد، فإذا تركته لم يبق للذرّة شحنة.

Cl⁻ → Cl + e⁻

لكنّ الكلور لا يوجد على شكل ذرّات منفردة، وإنّما على شكل جزيئات كلّ واحدة منها ذرّتان. ولذلك تتّحد ذرّتا كلور فتكوّنان جزيئا واحدا ينطلق غازا، وهذا ما نكتبه في نصف التفاعل.

📜نصف التفاعل عند المصعد

شاردتان تعطيان إلكترونين اثنين، وذرّتاهما تتّحدان في جزيء واحد.

2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻
Cl₂جزيء ثنائي الكلور، وهو الغاز المتصاعد
ثلاثة أحداث في مشهد واحد: ترك الإلكترونين، وصعودهما في السلك، واتّحاد الذرّتين

الحصيلة الإجمالية للتفاعل

الإلكترونان اللذان تركتهما شاردتا الكلور عند المصعد هما نفسهما اللذان أخذتهما شاردة النحاس عند المهبط. فإذا جمعنا نصفي التفاعل اختفى الإلكترونان من الطرفين، ولم يبق إلّا ما دخل التفاعل وما خرج منه.

الحصيلة الإجمالية لتحليل كلور النحاس

هي مجموع نصفي التفاعل بعد حذف الإلكترونين المشتركين بين الطرفين.

Cu²⁺ + 2Cl⁻ → Cu + Cl₂
🔍التحليل: التحقّق من المعادلة
ما نتحقّق منهقبل التفاعلبعد التفاعل
عدد ذرّات النحاس11
عدد ذرّات الكلور22
مجموع الشحنات00
لا تُقبل معادلة كيميائية حتى تتساوى فيها ذرّات كلّ عنصر وتتساوى الشحنات في الطرفين
لاحظ أنّ عدد ذرّات كلّ عنصر لم يتغيّر، وأنّ مجموع الشحنات بقي معدوما قبل التفاعل وبعده. هذا هو أوّل ما يجب التحقّق منه في كلّ معادلة كيميائية تكتبها.

الأقطاب الخاملة والأقطاب النشطة

لاحظنا في كلّ ما سبق أنّ مسريي الفحم لم يشاركا في التفاعل: انحصر دورهما في نقل الإلكترونات بين المحلول والمولّد، ولم يتفاعل الفحمُ نفسُه: ما يغطّي المهبطَ هو النّحاسُ المترسّب، والفحمُ تحته كما كان. ولذلك نسمّيهما قطبين خاملين، ونسمّي هذا التحليل تحليلا كهربائيا بسيطا.

وهناك أقطاب تشارك هي نفسها في التفاعل، نسمّيها الأقطاب النشطة، ومنها قطب النحاس وقطب النيكل وقطب الفضّة. ولنر الفرق على المحلول نفسه: محلول كبريتات النحاس، مرّة بأقطاب من الكربون ومرّة بأقطاب من النحاس.

🔍التحليل: المحلول نفسه، والقطبان مختلفان
الموضعبأقطاب الكربونبأقطاب النحاس
عند المهبط⁦Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu⁩⁦Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu⁩
عند المصعد⁦4OH⁻ → 2H₂O + O₂ + 4e⁻⁩⁦Cu → Cu²⁺ + 2e⁻⁩
عند المهبط لا يتغيّر شيء بين الحالتين؛ وعند المصعد يتغيّر كلّ شيء
ما نستنتجه من المقارنة
  • عند المهبط يحدث الشيء نفسه في الحالتين: تأخذ شاردة النحاس إلكترونين ويترسّب فلزّ النحاس.
  • بأقطاب الكربون يتصاعد غاز الأكسجين عند المصعد، والكربون نفسه لا يتفاعل.
  • بأقطاب النحاس لا يتصاعد أيّ غاز: تفقد كلّ ذرّة نحاس من المصعد إلكترونين وتدخل المحلول على شكل شاردة، فيذوب المصعد شيئا فشيئا.
ما يدخل المحلول من جهة يخرج منه من الجهة الأخرى، فيبقى عدد شوارده على حاله
بأقطاب النحاس: كلّما دخلت شاردة نحاس إلى المحلول عند المصعد غادرته شاردة نحاس عند المهبط. فيبقى عدد شوارد النحاس في المحلول على حاله، ويحافظ المحلول على لونه الأزرق الذي تعطيه إيّاه هذه الشوارد.
لا تقل إنّ الإلكترونات تعبر المحلول من مسرى إلى مسرى: الإلكترونات تنتقل في الأسلاك وحدها. أمّا داخل المحلول فحاملات الشحنة هي الشوارد، لا غير.
المصطلحات العلمية
العربيةfrançaisenglish
نصف تفاعلDemi-réactionHalf-reaction
قطب خاملÉlectrode inerteInert electrode
قطب نشطÉlectrode activeActive electrode
تحليل كهربائي بسيطÉlectrolyse simpleSimple electrolysis
حصيلة التفاعلBilan de la réactionOverall reaction
بثلاث لغات، كما يقتضيه المنهاج
🎓 نحو شهادة التّعليم المتوسّط. يأتي هذا الدرس في سؤال «اكتب نصف التفاعل عند كلّ مسرى، ثمّ الحصيلة»، أو «قارن بين التحليل بأقطاب خاملة وبأقطاب نشطة». ثلاثة عناصر جاهزة: ① المهبط: تأخذ الشاردة الموجبة إلكترونات: ⁦Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu⁩، فيترسّب النحاس ② المصعد: تترك الشاردتان السالبتان إلكترونيهما: ⁦2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻⁩، فيتصاعد غاز الكلور ③ الحصيلة: ⁦Cu²⁺ + 2Cl⁻ → Cu + Cl₂⁩، وتحفظ عدد ذرّات كلّ عنصر ومجموع الشحنات في الطرفين ؛ والقطب الخامل ينقل الإلكترونات ولا يتفاعل، أمّا النشط فيشارك في التفاعل نفسه. ⛔ والخطأ الشائع: القول إنّ الإلكترونات تعبر المحلول من مسرى إلى مسرى ؛ الإلكترونات تنتقل في الأسلاك وحدها، وداخل المحلول حاملات الشحنة هي الشوارد. وخطأ ثانٍ: كتابة Cl بدل Cl₂ في الحصيلة، فتنكسر الموازنة.
خلاصة: الإلكترونات لا تعبر المحلول: تُتبادل بين المولّد والمسريين، وتحملها داخل المحلول الشوارد. · عند المهبط تأخذ شاردة النحاس إلكترونين فتصير ذرّة نحاس تترسّب على المسرى. · عند المصعد تترك شاردتا كلور إلكترونيهما وتتّحدان في جزيء غاز الكلور. · حصيلة التفاعل تحفظ عدد ذرّات كلّ عنصر ومجموع الشحنات في الطرفين. · القطب الخامل ينقل الإلكترونات ولا يتفاعل، أمّا القطب النشط فيشارك في التفاعل نفسه.

Page 1/6

© Madrassati — leçon rédigée par Madrassati · madrassati.net