تسمى عملية تحلل الماء (H ₂ O) إلى أيونات الهيدروجين (H ⁺ ) والهيدروكسيد (OH ^– ) عن طريق تمرير تيار كهربائي من خلاله بالتحليل الكهربائي للماء . تنتقل الأيونات إلى الأقطاب الكهربائية المعاكسة لتحرير الهيدروجين النقي (H ₂ ) وغاز الأكسجين (O ₂ ).

 إنه تفاعل غير تلقائي للأكسدة والاختزال. نظرًا لأن الحرارة على شكل كهرباء يتم إمدادها بالخلية الإلكتروليتية ، فهي عبارة عن تفاعل ماص للحرارة ^. .

وتتم هذه العملية في خلايا التحليل الكهربي .

مكونات خلية التحليل الكهربي للماء:

يحدث التحليل الكهربائي للماء في خلية التحليل الكهربائي ، والتي تتكون من أنود موجب الشحنة وكاثود سالب الشحنة ، وكلاهما مصنوع عادة من البلاتين .

 معادلة التحليل الكهربائي للماء هي

2 H₂O (l) + electrical energy → 2 H₂ (g) + O₂ (g)

نتيجة للتحليل الكهربائي لتفاعل الماء ، يتم فصل الهيدروجين والأكسجين عن الماء .

وهكذا ، يُظهر تفاعل التحليل الكهربائي للماء فصل الهيدروجين والأكسجين عن الماء . بالنسبة لاثنين من مولات الماء ، يتم تحرير مولين من الهيدروجين ومول واحد من الأكسجين. .عدد مولات الهيدروجين المتولدة هو ضعف الأكسجين.

ومع ذلك ، فإن التحليل الكهربائي للماء ليس بالأمر السهل لأسباب عديدة.

• ينفصل الماء بشكل ضعيف جدًا إلى أيونات الهيدروجين والهيدروكسيد. تركيز الأيونات في الماء المحايد متساوٍ. يتضمن التحليل الكهربائي حاملات الشحنة لتدفق التيار. لذا ، فإن الماء الذي يحتوي على كمية قليلة جدًا من الأيونات يعد موصلًا سيئًا للكهرباء. لذلك ، فإن التحليل الكهربائي للمياه النقية ستكون عملية بطيئة للغاية.
• يرتبط أيون الهيدروجين بجزيئات الماء الأخرى ويوجد كأيون الهيدرونيوم. لذلك ، أي أيون هيدروكسيد يتحرك نحو القطب الموجب سوف يتم تحييده بواسطة أيون الهيدرونيوم ، حتى قبل أن يصل إلى القطب الموجب ، لتكوين غاز الأكسجين. وبالمثل ، سيتم تحييد أي هيدروجين موجود بواسطة أيون الهيدروكسيل الموجود بالقرب من الكاثود ولن يتم اختزاله إلى هيدروجين. لذلك ، سيكون التحليل الكهربائي للماء إلى الهيدروجين والأكسجين صغيرًا جدًا. يتضمن التحليل الكهربائي أيضًا نقل الإلكترونات من الأنيون إلى القطب الموجب ومن الكاثود إلى الكاتيونات.
• في التحليل الكهربائي للماء ، تكون الأقطاب الكهربائية عبارة عن مواد صلبة خاملة مثل البلاتين / البلاديوم .

: جهد خلايا التحليل الكهربائي للماء

في التحليل الكهربائي للماء النقي عند الرقم الهيدروجيني = 7 ، وعند 25 درجة مئوية

عند الكاثود:

2H₂O(l) + 2e^– → H₂(g) + 2OH^– E° = -0.42 V

عند الآنود:

2H₂O → O₂(g) + 4H⁺ + 4e^– E° = +0.82 V

التفاعل النهائي للتحليل الكهربائي للماء:

2H₂O(l) → 2H₂(g) + O₂(g) E° = -1.24 V

إن إمكانات الخلية في التحليل الكهربائي للماء النقي سلبية ، وبالتالي فهي غير مواتية من الناحية الديناميكية الحرارية. بسبب انخفاض تركيز الأيونات والواجهات المراد عبورها للإلكترونات ، يلزم وجود جهد إضافي (جهد زائد) في كل قطب كهربائي يصل إلى حوالي 0.6 فولت.

من الناحية العملية ، لا يمكن إجراء التحليل الكهربائي المستمر للمياه النقية إلا بجهد خارجي يبلغ 2.4 فولت.

 نظرًا لأن التحليل الكهربائي للمياه النقية غير ممكن من الناحية الديناميكية الحرارية ، يتم البحث في طرق لجعله ممكنًا من الناحية الحركية.

تتمثل إحدى الطرق في زيادة الموصلية عن طريق زيادة عدد الأيونات المتاحة عن طريق إضافة الأملاح الحمضية أو القاعدية أو غير المتفاعلة.

التحليل الكهربائي للماء باستخدام المحفزات الكهربائية:

المحفزات الكهربائية هي مواد تسرع التفاعلات الكهروكيميائية دون أن تستهلك في التفاعل ، مثل المحفز في التفاعلات الكيميائية. تأخذ المحفزات التفاعل من خلال مسار مختلف لطاقة التنشيط المنخفضة. مساحة السطح العالية ومراكز التنشيط الأكبر هي قدرة المحفز على زيادة التفاعل.

يمكن تعزيز نشاط القطب الخامل مثل البلاتين عن طريق تعديل السطح بواسطة:

1) زيادة مساحة السطح بالجسيمات النانوية أو صناعة السبائك بعناصر الفئة d المحفزة وتغيير الحالة الإلكترونية المغلفة بمواد محفزة أخرى لتعزيز التحليل الكهربائي.

2) طلاء سطح القطب بمواد فعالة تحفيزية مثل الإنزيمات.

المراجع :

1- موقع  www.sscadda.comأطلعت عليه بتاريخ 5/8/2023.

1- موقع www.byjus.com أطلعت عليه بتاريخ 5/8/2023.

1- موقع www.chemistrylearner.com أطلعت عليه بتاريخ 5/8/2023.