معادلة التحليل الكهربائي للماء

الماء

الماء هو المادة الوحيدة التي تحدث بشكل طبيعي كمادة صلبة وسائلة وغازية، ويغطي الماء حوالي 70 في المائة من الأرض ليصبح المجموع الكلي حوالي 332.5 مليون ميل مكعب، وهو جزيء قطبي مشحون بشكل إيجابي بالقرب من ذرات الهيدروجين وبالسالب بالقرب من ذرة الأكسجين، حيث تنجذب جزيئات الماء بشكل طبيعي وتلتصق ببعضها البعض بسبب هذه القطبية التي تشكل رابطة هيدروجينية، وهذه الرابطة الهيدروجينية هي السبب وراء العديد من خصائص المياه المميزة، مثل حقيقة أنه أكثر كثافة في حالته السائلة عن حالته الصلبة، وسيتحدث هذا المقال عن معادلة التحليل الكهربائي للماء.^[١]

التركيب الكيميائي للماء

يتكون جزيء الماء من ذرتين هيدروجين، يرتبط كل منهما برابطة كيميائية واحدة بذرة أكسجين، ويحدث الانفصال بينهما كما يتضح من معادلة التحليل الكهربائي للماء، وتحتوي معظم ذرات الهيدروجين على نواة تتكون فقط من بروتون، وتحتوي ذرة الأكسجين المفردة على ستة إلكترونات في غلافها الخارجي، والتي يمكن أن تحتوي على ما مجموعه ثمانية إلكترونات، وعندما ترتبط ذرتان من الهيدروجين بذرة أكسجين ، يتم ملء قشرة الإلكترون الخارجية بالأكسجين، ويوجد نوعان من النظائر: الدوتريوم والتريتيوم، حيث تحتوي النواة الذرية أيضًا على نيوترون واحد، ويعتبر أكسيد الديوتريوم D₂O المسمى بالماء الثقيل، مهمًا في البحوث الكيميائية ويستخدم أيضًا كمشرف نيوتروني في بعض المفاعلات النووية، وعلى الرغم من أن صيغته H₂O تبدو بسيطة، إلا أن الماء يعرض خواص كيميائية وفيزيائية معقدة للغاية، وعلى سبيل المثال، فإن نقطة الانصهار، 0 درجة مئوية أو 32 درجة فهرنهايت، ونقطة الغليان 100 درجة مئوية أو 212 درجة فهرنهايت، وهذا أعلى بكثير مما هو متوقع مقارنة بالمركبات المماثلة، مثل كبريتيد الهيدروجين والأمونيا، وفي شكله الصلب، أي الثلج، يكون الماء أقل كثافة منه عندما يكون سائلًا.^[٢]

معادلة التحليل الكهربائي للماء

معادلة التحليل الكهربائي للماء تتضمن عملية كسر جزيئات الماء، وبذلك تكون معادلة التحليل الكهربائي للماء هي وضع مشابه للتحليل الكهربائي لكلوريد الصوديوم المنصهر، والمعادلة الآتية تمثل كسر جزئ الماء H₂O:

2H₂O_(l)⟶2H_2(g)+O_2g

وقد يكون من الصعب التنبؤ بنصف ردود الفعل المعنية، ولكن يمكن التعبير عنها بالمعادلات الآتية:

• الاختزال:

2H₂O_(l)+2e−⟶H₂(g)+2OH⁻_g

• التأكسد:

^-2H₂O_(l)⟶O2_(g)+4H+(aq)+4e

ففي معادلة التحليل الكهربائي للماء، لا يحمل الماء الشحنة جيدًا، لذلك يضاف الخل بالكهرباء إلى الماء، وهو حمض ضعيف يمكن استخدامه لجمع غازات الهيدروجين والأكسجين المنتجة، ويتم إنتاج الإلكترونات في البطارية عند الأنود، وهي موقع الأكسدة، وتترك الإلكترونات الخلية الكهروكيميائية عبر الدائرة الخارجية، وتخلق هذه الإلكترونات السالبة قطبًا سالبًا في الخلية الإلكتروليتية مما يؤدي إلى تقليل الماء، والمنطقة المحيطة بهذا القطب ستصبح أساسية عند إنتاج الأكسجين،^[٣]

خصائص الماء

تتغير قدرة الماء المميزة كمذيب قطبي عندما يتعرض الماء لدرجات حرارة وضغوط عالية، فعندما تصبح المياه أكثر حرارة، تبدو الجزيئات أكثر عرضة للتفاعل مع الجزيئات غير القطبية، فعلى سبيل المثال، عند 300 درجة مئوية وضغط عالٍ، يكون للذوبان خصائص تشبه إلى حد بعيد الأسيتون CH3COCH3، وهو مذيب عضوي شائع، ويُظهر الماء سلوكًا غير عادي بشكل خاص يتجاوز درجة الحرارة والضغط الحرجين، وفوق درجة الحرارة الحرجة ، يختفي التمييز بين الحالة السائلة والحالة الغازية للمياه، ويمكن أن تختلف كثافته من سائل إلى شبيه بالغاز عن طريق تغيير درجة الحرارة والضغط، لكن من المثير للدهشة أن هذا السائل فوق الحرج يمكنه أيضًا إذابة المواد غير القطبية، وهو شيء لا تستطيع المياه العادية فعله، وللماء العديد من الخصائص الفيزيائية الهامة، على الرغم من أن هذه الخصائص مألوفة بسبب وجود الماء بكامله، إلا أن معظم الخصائص الفيزيائية للماء غير شائعة، وبالنظر إلى انخفاض الكتلة الجزيئية للجزيئات المكونة لها، فإن الماء يحتوي على قيم كبيرة غير عادية من اللزوجة، التوتر السطحي، حرارة التبخير وإنتروبيا التبخير، وكلها يمكن أن تعزى إلى تفاعلات الترابط الهيدروجيني الواسعة الموجودة في الماء السائل.^[٢]

المراجع

1. ↑ " How Water Works ", science.howstuffworks.com, Retrieved 17-07-2019. Edited.
2. ^ ^{أ ب} "Water", www.britannica.com, Retrieved 17-07-2019. Edited.
3. ↑ "Electrolysis of Water", chem.libretexts.org, Retrieved 17-07-2019. Edited.