الکترولیز چیست؟

شاید تا به حال نام الکترولیز به گوشتان خورده باشد. الکترولیز فرایندی است که در آن یک ترکیب شیمیایی به اجزای کوچک تر تقسیم می شود که این کار با نیروی الکتریکی انجام می پذیرد. مثلا:

2H2O = 2H2 + O2

آب = هیدروژن + اکسیژن

در الکترولیز چهار جزء اصلی وجود دارند: کاتُد، آنُد، منبع تغذیه برق، ترکیب مذاب. برای الکترولیز ماده مورد نظر حتما باید مذاب باشد، در حالت جامد و گاز الکترولیز انجام نمی شود. برای الکترولیز یک ترکیب مانند نمک تصفیه شده، ابتدا باید مقداری از آن را ذوب کنیم (در محیط فاقد اکسیژن) و سپس آن را در یک ظرف غیر فلزی بریزیم. کاتد و آند میله هایی از جنس فلز یا گرافیت و رسانا هستند که به باتری یا هر تغذیه کننده ی دیگری وصل شده و داخل ترکیب مذاب گذاشته می شوند. اگر الکترولیز انجام نشد، نشان دهنده ی این است که ماده ی مذاب ما رسانا نیست (مثلا آب مقطر رسانا نیست).

برای رسانا شدن به آن مقداری اسید یا هر نوع نمکی که در آن حل می شود اضافه می کنیم (مثلا برای رسانایی آب مقطر به آن مقداری سولفوریک اسید یا نمک سدیم کلرید اضافه می کنیم).

میله ای که به قطب مثبت باتری وصل می شود کاتد و میله ای که به قطب منفی آن متصل شده آند نام دارد. یون (ها) مثبت ترکیب به آند و یون (ها) منفی ترکیب به کاتد می چسبند (منفی و مثبت همدیگر را می ربایند). در الکترولیز آب، گاز هیدروژن اطراف آند و گاز اکسیژن اطراف کاتد تشکیل می شوند و مقدار گاز هیدروژن دو برابر اکسیژن است.

یک پیل (باتری) بسازید!

برای ساختن پیل به سه عضو نیاز داریم: قطب مثبت، قطب منفی و الکترولیت. در واقع قطب مثبت پیل باید رسانایی باشد که عدد اکسایش آن از رسانای قطب منفی بیشتر باشد. عدد اکسایش تمایل یک عنصر را برای یون مثبت یا منفی شدن و ظرفیت آن نشان می دهد. مثلا عدد اکسایش کربن 4+ است، یعنی می تواند چهار الکترون از دست بدهد و یون 4+ شود. 

الکترولیت ماده ی رسانایی است که با قطب ها واکنش می دهد. مثلا در باتری اتومبیل از سولفوریک اسید رقیق به عنوان الکترولیت استفاده می شود. 

قدم اول در ساخت پیل، تهیه لوازم و مواد است. عدد اکسایش برخی عناصر رسانا: آهن 2+ یا 3+، آلومینیوم 3+، روی 2+ یا 1+، مس 2+، کربن 4+، طلا 3+، نقره 1+ و ... پس مناسب ترین رسانا برای قطب مثبت کربن و بهترین رسانا برای قطب منفی نقره است اما از آنجا که نقره فلزی گران بها است، برای ساخت باتری از کربن و روی استفاده می شود. 

شما هم برای ساخت پیل می توانید از یک میله ی کربنی مانند نوک مداد و میخ های گالوانیزه (روی) استفاده کنید. هرچه الکترولیت قوی تر باشد ولتاژ تولیدی باتری هم بیشتر خواهد بود. شما می توانید از آب نمک، آب لیموترش، سرکه، آب گوجه فرنگی یا اسیدهای قوی تر مانند سولفوریک اسید استفاده نمایید. 

البته باید توجه داشت که اسید بسیار قوی و غلیظ هم موجب از بین رفتن قطب ها و پیل می شود. حال الکترولیت را در ظرفی بریزید و قطب ها را وارد آن کنید. شما یک باتری درست کرده اید که در حدود 0.5 الی 1 ولت برق ایجاد می کند. در این باتری، یون های مثبت روی در اسید حل و روی دارای بار منفی می شود و به دلیل اختلاف پتانسیل الکتریکی، الکترون های روی به سمت کربن شارش می یابند.