برق‌کافت

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو
فرایند برق‌کافت

برق‌کافت یا الکترولیز در شیمی و صنعت، شیوه‌ای برای جداسازی عنصرها و ترکیب‌هایی است که با پیوند شیمیایی به هم متصل هستند. این جداسازی با گذراندن جریان الکتریکی مستقیم (DC) از میان این مواد صورت می‌گیرد. برای مثال زمانی که جریان الکتریکی از آب می‌گذرد اتم‌های هیدروژن و اکسیژن از هم جدا شده و به گاز تبدیل می‌شوند. این واکنش شیمیایی فرایندی خودبخودی (بدون رغبت و تمایل non-spontaneous) است که در غیر این صورت به وقوع نمی‌پیوندد.

روش برف کافت را دانشمند فیزیکدان و شیمیدان انگلیسی مایکل فارادی مطرح کرد. او مشاهده کرد که هنگام عبور جریان برق از درون محلول یک ترکیب شیمیایی فلز دار یک واکنش شیمیایی در آن به وقوع می‌پیوندد. اجرای این آزمایش بعدها به کشف الکترون‌ها توسط جوزف جان تامسون در ۱۸۹۷ و دیگران انجامید و بار هر الکترون 1.602X10−19 کولن تخمین زده شد. در آن زمان رابطهٔ میان اتم و الکترون کشف نشده بود.

از دیدگاه صنعتی و تجاری تکنیک الکترولیز یک مرحلهٔ مهم در جداسازی عنصرها از از منابع و صورت طبیعی آن‌ها مانند سنگ معدن یا کانسنگ است. ولتاژی که برای رخ‌دادن الکترولیز مورد نیاز است پتانسیل تجزیه نامیده می‌شود.

تاریخچه[ویرایش]

اولین فعالیتهای مربوط به حوزه الکتروشیمی را سر هامفری دیوی اجرا نمود. او با گذراندن جریان الکتریکی از میان محلولهای آبکی، توانست واکنش‌های شیمیایی انجام دهد و شش عنصر جدید را از این طریق کشف کرد. بعدها شاگرد وی، به نام مایکل فارادی به فعالیت‌های کمّی در این حوزه پرداخت و توانست بین مقدار بار الکتریکی و مقدار ماده ارتباط پیدا کند (بخش بعدی را ملاحظه فرمایید).

قانون فارادی[ویرایش]

فارادی بین شدت جریان الکتریکی و زمان واکنش برق کافت و همین‌طور مقدار ماده ای که توسط برق کافت تجزیه یا تولید می‌شود؛ ارتباط خطی مشاهده کرد. به این معنی که اگر زمان واکنش را ثابت نگه می‌داشت ولی شدت جریان را دو برابر می‌کرد؛ مقدار ماده ای که در اثر برق کافت تجزیه می‌شد نیز دو برابر می‌گشت. از طرفی اگر با شدت جریان ثابت، زمان واکنش برقکافت را دو یا سه برابر می‌کرد؛ مقدار ماده ای که وارد واکنش می‌شد نیز، دو یا سه برابر می‌شد. بدین ترتیب فارادی متوجه شد بین مقدار ماده و مقدار بار الکتریکی یک ارتباط به شکل مستقیم و خطی وجود دارد. همین نتیجه‌گیری، توجه فیزیک دانان را به ساختار ماده معطوف کرد و مقدمه ای شد بر کشف الکترون‌ها.

اکسایش و کاهش[ویرایش]

امروزه می‌دانیم که طی فرایند برق کافت، مبادله الکترون رخ می‌دهد. یعنی در سطح الکترود منفی (کاتد) گونه‌های شیمیایی الکترون به دست می‌آورند و بر سطح الکترود مثبت (آند) گونه‌های شیمیایی الکترون از دست می‌دهند و این جریان الکترون از بیرون محلول و از طریق مدار الکتریکی بین دو الکترود برقرار می‌گردد. به فرایند صورت گرفته در کاتد می‌گوییم «کاهش» یا «احیا» و به فرایند رخ داده در آند می‌گوییم «اکسایش».

منابع[ویرایش]

Principles of General Chemistry; M. S. Silberberg; 2nd Edition; Chapters 2 & 21