כימיה לבגרות/חימצון חיזור/אלקטרוליזה

מושגים

• חמצון חיזור – תהליכים בהם יש מעבר של אלקטרונים (^-e). למשל :$CuCl_{2(s)}\rightarrow Cu_{aq}^{+2}+2Cl^{-}$
• מחזר – חלקיק שמסר אלקטרון (עובר חמצון).
• מחמצן – חלקיק שמקבל אלקטרון (עובר חיזור).

אלקטרוליזה – פירוק חומר ע"י חשמל

אלקטרוליזה

אלקטרוליזה (אלקטרו=חשמל; ליזה – אנליזה = פירוק חומר למרכיביו) היא דוגמא לתהליך חמצון חיזור בהם אנו מפרקים קשרים יונים קיימים. בכדי לפרק את הקשר עלינו להפעיל כוח חשמלי (העברת הזרם מתבצע ע"י כבל).

לחוט יש שני צדדים :

1. אנודה/אלקטרודה – הצד החיובי של החוט אליו מתחבר היון השלילי (אניון). האניון עובר חמצון באנודה.
2. אלקטרודה/קתודה – הצד השלילי של החוט אליו מתחבר היון החיובי (קטיון). הקטיון עבור חיזור בקתודה.

דוגמא

בכדי לפרק את הקשר $F3Cl_{3}$ ל - $FeCl_{3(s)}\rightarrow Fe^{+3}+3Cl^{-}$ נכניס אל התערובת חוט.

במילים אחרות :

• $Fe^{3+}$ ימשך אל הקתודה.
• $Cl^{-}$ ימשך אל האנודה.

כדאי לדעת: יון חיובי מתקבל מנתינת אלקטרון, ואילו יון שלילי מתקבל מקבלת אלקטרון

הפעולה שתתבצע :

ה- Cl מחזיר את האלקטרונים שקיבל מ-Fe חזרה וכך הקשר בין שני היסודות נהרס

רשימת התהליך כימית (הסבר כללי, בהמשך פירוט רחב יותר והסברים)

הפעולה שאנו רוצים שתתבצע

שלב א'

הכנסת החומר למים ורשימת ניסוח :

$FeCl_{3(s)}\rightarrow Fe^{3+}+3Cl^{-}$

שלב ב'

רשימת התהליך שעובר המחזר

$FeCl_{3(s)}\rightarrow Fe^{3+}+3Cl^{-}$
מחזר (אנודה)	$Cl^{-}\rightarrow Cl^{0}+e^{-}$

שלב ג'

איזון המשוואה; כיוון ש-Fe קיבל 3 אלקטרונים (ראה תמונה) בחזרה, משלוש מולקולות Cl, נרשום:

$FeCl_{3(s)}\rightarrow Fe^{3+}+3Cl^{-}$
מחזר (אנודה)	3Cl- ---> 3Cl0 + 3e-

שלב ד'

רשימת התהליך שעובר המחמצן:

$FeCl_{3(s)}\rightarrow Fe^{3+}+3Cl^{-}$
מחזר (אנודה)	$Cl^{-}\rightarrow Cl^{0}+e^{-}$
מחמצן	$Fe^{3+}+3e\rightarrow Fe^{0}$

שלב ה'

חיבור הנתונים לקבלת הניסוח המלא. שימו לב, שהאלקטרונים מבטלים זה את זה (3 אלקטרונים שלילים, ושלושה חיובים):

$FeCl_{3(s)}\rightarrow Fe^{3+}+3Cl^{-}$
מחזר (אנודה)	$Cl^{-}\rightarrow Cl^{0}+e^{-}$
מחמצן	$Fe^{3+}+3e\rightarrow Fe^{0}$
$Fe^{3+}+3Cl^{-}\rightarrow Fe^{0}+1.5Cl_{2}^{0}$

הערה : Cl (מטען אפס) מופיע כדו אטומי בטבע, ולכן, במקום לרשום 3Cl רשמנו Cl₂ ואזנו ל- 1.5Cl₂.