برق‌کافت (الکترولیز)

الکترولیز و انحلال نمک خوراکی NaCl در آب

نمک خوراکی از سدیم و کلر ساخته شده ‌است و در آب محلول است و از مهم‌ترین املاحی است که در خوراک روزانه انسان‌ها به کار می‌رود.

نمک خوراکی مانند دیگر نمک ها ترکیب یونی است عناصر این ترکیب یونی، در نمک خوراکی سدیم و کلر هستند. (سدیم کلرید، یک ترکیب یونی است که از واکنش بین سدیم مذاب و گاز کلر به‌دست می‌آید.)

این واکنش همراه با تولید گرما و نور انجام می گیرد. در طی این واکنش 

یک الکترون از اتمهای سدیم به اتمهای کلر منتقل می شود و هر دو به آرایش هشت‌تایی می رسند. در این فرایند سدیم به کاتیون سدیم و کلر به آنیون کلرید تبدیل می شود.

هنگام حل کردن نمک در آب، یونهای مثبت و منفی آن به صورت زیر از هم جدا می شوند:

$NaCl_{(s)}\to Na_{(aq)}^{+} + Cl_{(aq)}^{-}$

بنابراین حل شدن نمک در آب، مثالی از تغییر شیمیایی است.

در حین حل شدن نمک در آب چه اتفاقی رخ می دهد؟

مولکولهای قطبی آب، از سر مخالف اطراف یونهای مثبت و منفی سدیم کلرید را گرفته و آنها را از یکدیگر جدا می کنند . مولکول های آب مولکول های قطبی هستند که اکسیژن قطب منفی آب و هیدروژن قطب مثبت آب را تشکیل می دهند. به محض ورود نمک به آب جاذبه قوی یون – دوقطبی باعث از هم پاشیدن شبکه نمک می شود.

قسمت های منفی مولکولهای آب به سمت یونهای مثبت ($Na^{+}$) جذب شده و قسمت های مثبت آب به سمت یون های منفی($Cl^{-}$) جذب میشوند.

بنابراین نیروی جاذبه بین بارهای مخالف، یونهای$Na^{+}$ و $Cl^{-}$ نمک را از هم جدا می کند.

هنگامی که مولکولهای آب اطراف هر یون قرار می گیرند، لایه هیدرات (آب دار) اطراف هر یون نمک تشکیل می شود، این خاصیت جدید باعث می شود یونهای $Na^{+}$ و $Cl^{-}$ دوباره نتوانند با هم ترکیب یونی قبل از انحلال را تشکیل دهند .بنابراین در این حالت است که گفته می شود "نمک، حل شده است".

مراحل حل شدن جامدات یونی عبارتند از:

1. جداشدن یونها (گرماگیر)
2. آب پوشی یونها (گرمازا)

پیوند بین اتمهای موجود در شبكه یک نمک از نوع یونی است. پس اگر بخواهیم یک نمک را یونیزه كنیم یا به عبارت دیگر بر این پیوندهای یونی غلبه كرده یونها را از هم جدا كنیم باید انرژی صرف كنیم. مثلا باید بوسیله حرارت دادن زیاد نمک را ذوب كنیم. (دلیل بالا بودن نقطه ذوب نمكها). اما آیا این تنها راه است؟ جواب منفی است. راه دوم و ساده تر این است كه این نمک را در آب حل نماییم. همانطور كه می دانیم مولكولهای آب با توجه به مثبت و منفی بودن به دور شبكه نمک جمع می شوند و نیروهای الكتریكی وارد می نمایند كه در نهایت شبكه نمک از هم گسیخته شده، ملكولهای آب به دور یون های نمک حلقه می زنند و یونها را می پوشانند. به این عمل آب پوشی شدن ذرات نمک توسط ملكولهای آب گفته می شود که یک فرایند گرماده است.

در اثر انحلال نمک در آب و از هم پاشیدن شبکه نمک، یون های مثبت و منفی تولید شده آزادی حرکت در آب را پیدا خواهند کرد که باعث عبور جریان و رسانایی در محلول حاصل خواهند شد.

کاربردهای سدیم کلرید

نمک از دیرباز نقش بسیار مهمی در زندگی بشر داشته است. در گذشته از آن به عنوان طعم دهنده به انواع غذاها، خوراکی ها و همچنین نگهدارنده مواد غذایی استفاده شده است.

از نمک برای بهبود طعم نان و محصولاتی مانند پنیر استفاده می کردند. به دلیل کاهش رشد میکروارگانیسم ها یک نگهدارنده مناسب برای گوشت و لبنیات به شمار می رود.

هیدرولیز یک فرایند تجزیه شیمیایی است که در آن از آب برای گسستن پیوندهای شیمیایی یک ماده استفاده می‌شود. به عبارتی ترکیب شدن یک نمک با آب و تولید اسید و باز را هیدرولیز یا آبکافت گویند و به معنی تجزیه به وسیله آب است.

در فرآیند هیدرولیز، جریان برق و قطب ‌های آن(کاتد و آند) جهت تجزیه ماده محلول در آب مورد استفاده قرار می ‌گیرد. از آنجایی که آب یک ترکیب یونی و دارای بار الکتریکی می باشد، پس ترکیبی که می خواهد در آن حل ‌شود نیز بایستی یونی انتخاب شود. در این صورت و با اتصال جریان الکتریسیته، مولکول ‌های دارای بار مثبت نمونه حل شونده، به سمت قطب منفی حرکت می کنند، از قطب منفی الکترون گرفته و به شکل خنثی بر می‌ گردند. این عمل باعث تجزیه نمونه مورد نظر محلول در آب می ‌شود. در اثر عبور جریان از این ظرف انرژی الکتریکی به انرژی شیمیایی تبدیل خواهد شد.

در اثر عبور جریان برق یون های کلر منفی به سمت الکترود مثبت حرکت می کنند و در اثر از دست دادن الکترون و واکنش اکسایش گاز کلر تولید می کنند که از ظرف خارج می شود.

سدیم مثبت به سمت الکترود منفی حرکت کرده و در اثر واکنش کاهش به سدیم مایع تبدیل می شود و از طرفی تشکیل گاز هیدروژن خواهد شد.

که یکی از این روش های تولید سدیم این برقکافت نمک است.