التحليل الكهربائي للماء باستخدام الأحماض
التحليل الكهربائي للماء في محلول حمضي: حيث يعمل التيار المستمر على تحفيز تفاعلات الأكسدة والاختزال في المحلول الإلكتروليتي، ويتم تجميع الغازات الناتجة.
الجانب العلمي وراء هذه التجربة
التحليل الكهربائي هو عملية تنتج تغيرات كيميائية نتيجة لتدفق تيار كهربائي مباشر عبر محلول إلكتروليت. وعندما يتدفق التيار عبر محلول موصل، تخضع الجسيمات الأيونية لتفاعلات الأكسدة والاختزال.
2 H₂O ↔ H₃O⁺ + OH⁻.
تؤدي إضافة حمض الكبريتيك إلى زيادة التوصيلية من خلال توليد إلكتروليت على النحو التالي.
يُحدث التيار الكهربائي المباشر التفاعلات التالية في الماء المحمض عند أقطاب البلاتين.
عند الكاثود (–) 4H₃O⁺ + 4 إلكترونات – ← 2 H₂ + 4H₂O وعند الأنود (+) 6 H₂O ← O₂ + 4H₃O⁺ + 4 إلكترونات –.
عند الكاثود، يتم اختزال أيونات H3O+ لأن جهدها (E0(H+ / H2) = +0.00 فولت) أكبر من جهد جزيئات الماء H2O (E0(H2O / H2)).
عند القطب الموجب، تتأكسد جزيئات الماء بسبب جهد القطب (E0(O₂/H₂O)).
المعدات المستخدمة
- أنبوب على شكل حرف U مزود بمخارج جانبية — CHE-004
- أقطاب بلاتينية — CHE-016
- أسلاك التوصيل، حمراء — ELE-005، ELE-006
- أسلاك توصيل، سوداء — ELE-007، ELE-008
- مصدر طاقة تيار مستمر
المواد الكيميائية والمواد الكاشفة
- محلول حمض الكبريتيك 0.1 مولار — R:35 S:26-30-45
ملاحظات السلامة
- تعتبر خلائط الهيدروجين والهواء مواد متفجرة. تأكد من عدم وجود أي لهب مكشوف بالقرب من الجهاز.
أسئلة للطلاب
- صف ما يحدث في الجهاز.
- ماذا يحدث عند إشعال أنابيب الاختبار؟ حدد المكان الذي يتولد فيه كل من الهيدروجين والأكسجين.
- لماذا نستخدم محلولًا حمضيًّا مخففًا بدلاً من الماء المقطر؟
ما يمكن توقعه
يؤدي مرور التيار الكهربائي إلى ظهور فقاعات عند الأقطاب الكهربائية. ينفجر الغاز المتجمع عند الكاثود (–)، مما يشير إلى وجود الهيدروجين. أما الغاز المتجمع عند الأنود (+) فيُضيء اللهب، مما يشير إلى وجود الأكسجين. عند الكاثود (–) يتم اختزال أيونات H+ إلى هيدروجين. وعند الأنود (+) تتأكسد جزيئات الماء لتتحول إلى أكسجين وأيونات H+. الماء المقطر لا يوصل الكهرباء، لكن وجود بعض الإلكتروليتات يسمح بتدفق التيار الكهربائي كما تم توضيحه في التجارب السابقة.
التخلص
تخلص من المحلول في حاوية النفايات.
قم بإجراء هذه التجربة في فصلك الدراسي
تُعد هذه التجربة جزءًا من برنامج «ATP Volta» — وهو مختبر علمي متنقل ومكتفٍ ذاتيًا يحول الفصل الدراسي العادي إلى مختبر عملي في مجالات العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات (STEM)، ويضم أكثر من 200 تجربة في مجالات الفيزياء والكيمياء والبيولوجيا والروبوتات والهندسة. ويقوم « Gali » — وهو المرشد التعليمي الذي يعمل بالذكاء الاصطناعي والمدمج في موقع ATP Connect — بتوجيه الطلاب خلال كل خطوة والإجابة على أسئلتهم أثناء إجراء التجارب.
شاهد مختبر «ATP Volta» العلمي المتنقلتواصل مع فريقنا