نگاره‌ای از یک دستگاه **الکترولیز** ساده که معمولاً در آزمایشگاه مدرسه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد
فرایند برق‌کافت
**برق‌کافت** یا **اِلِکترولیز** (به فرانسوی: électrolyse) در شیمی و صنعت، شیوه‌ای برای جداسازی عنصرها و ترکیب‌هایی است که با پیوند شیمیایی به هم متصل هستند. این جداسازی با گذراندن جریان الکتریکی مستقیم (DC) از میان این مواد صورت می‌گیرد. برای مثال زمانی که جریان الکتریکی از آب می‌گذرد اتم‌های هیدروژن و اکسیژن از هم جدا شده و به گاز تبدیل می‌شوند. این واکنش شیمیایی فرایندی غیر خودبخودی (بدون رغبت و تمایل non-spontaneous) است که در غیر این صورت به وقوع نمی‌پیوندد.

روش برق‌کافت را دانشمند فیزیک‌دان و شیمیدان انگلیسی مایکل فارادی مطرح کرد. او مشاهده کرد که هنگام عبور جریان برق از درون محلول یک ترکیب شیمیایی فلز دار یک واکنش شیمیایی در آن به وقوع می‌پیوندد. اجرای این آزمایش بعدها به کشف الکترون‌ها توسط جوزف جان تامسون در ۱۸۹۷ و دیگران انجامید و بار هر الکترون 1.602X10−19 کولن تخمین زده شد. در آن زمان رابطهٔ میان اتم و الکترون کشف نشده بود.

از دیدگاه صنعتی و تجاری تکنیک *الکترولیز* یک مرحلهٔ مهم در جداسازی عنصرها از منابع و صورت طبیعی آن‌ها مانند سنگ معدن یا کانسنگ است. ولتاژی که برای رخ‌دادن *الکترولیز* مورد نیاز است پتانسیل تجزیه نامیده می‌شود.

اگر یون‌ها قابلیت حرکت نداشته‌باشند؛ مانند در بیشتر نمک‌ها، آن‌گاه الکترولیز نمی‌تواند رخ دهد و به حلال‌پوشی نیاز است.

تاریخچه
-------

نخستین فعالیت‌های مربوط به حوزه الکتروشیمی را سر هامفری دیوی اجرا نمود. او با گذراندن جریان الکتریکی از میان محلول‌های آبکی، توانست واکنش‌های شیمیایی انجام دهد و شش عنصر جدید را از این طریق کشف کرد.
بعدها شاگرد وی، به نام مایکل فارادی به فعالیت‌های کمّی در این حوزه پرداخت و توانست بین مقدار بار الکتریکی و مقدار ماده ارتباط پیدا کند (بخش بعدی را ملاحظه فرمایید).

* ۱۸۰۰ - ویلیام نیکلسون و آنتونی کارلیسله (و همچنین یوهان ریتر)، آب را به هیدروژن و اکسیژن تجزیه کردند.
* ۱۸۰۷ - سر هامفری دیوی پتاسیم پرمنگنات را کشف کرد.

قانون فارادی
------------

فارادی بین شدت جریان الکتریکی و زمان واکنش برق‌کافت و همین‌طور مقدار ماده ای که توسط برق‌کافت تجزیه یا تولید می‌شود؛ ارتباط خطی مشاهده کرد. به این معنی که اگر زمان واکنش را ثابت نگه می‌داشت ولی شدت جریان را دو برابر می‌کرد؛ مقدار ماده‌ای که در اثر برق‌کافت تجزیه می‌شد نیز دو برابر می‌گشت. از طرفی اگر با شدت جریان ثابت، زمان واکنش برق‌کافت را دو یا سه برابر می‌کرد؛ مقدار ماده‌ای که وارد واکنش می‌شد نیز، دو یا سه برابر می‌گردید.
بدین ترتیب فارادی متوجه شد بین مقدار ماده و مقدار بار الکتریکی یک ارتباط به شکل مستقیم و خطی وجود دارد.
همین نتیجه‌گیری، توجه فیزیک‌دانان را به ساختار ماده معطوف کرد و مقدمه‌ای برای کشف الکترون شد.

نمای کلی
--------

الکترولیز عبور جریان الکتریکی مستقیم از یک الکترولیت است که باعث ایجاد واکنش های شیمیایی در الکترودها و تجزیه مواد می شود.

اجزای اصلی مورد نیاز برای دستیابی به الکترولیز یک الکترولیت ، الکترودها و یک منبع انرژی خارجی هستند. یک پارتیشن (مثلاً یک غشای تبادل یونی یا یک پل نمک ) اختیاری است تا از انتشار محصول ها در مجاورت الکترود مقابل جلوگیری کند.
الکترولیت یک ماده شیمیایی است که حاوی یون های آزاد است و جریان الکتریکی را حمل می کند (به عنوان مثال یک پلیمر رسانای یون ، محلول یا یک ترکیب مایع یونی ) اگر یون ها مانند اکثر نمک های جامد متحرک نباشند ، الکترولیز نمی تواند اتفاق بیفتد. الکترولیت مایع توسط:

* حل شدن یا واکنش یک ترکیب یونی با یک حلال (مانند آب) برای تولید یون های متحرک
* یک ترکیب یونی که با حرارت دادن ذوب می شود.

الکترودها با فاصله ای از هم جدا می شوند که جریانی بین آنها از طریق الکترولیت عبور می کند و به منبع برق متصل می شوند که مدار الکتریکی را کامل می کند. جریان مستقیمی که توسط منبع تغذیه تامین می‌شود، واکنش را هدایت می‌کند که باعث می‌شود یون‌های موجود در الکترولیت به سمت الکترود دارای بار مخالف مربوطه جذب شوند.

الکترودهای فلزی ، گرافیت و مواد نیمه هادی به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند. انتخاب الکترود مناسب به واکنش شیمیایی بین الکترود و الکترولیت و هزینه ساخت بستگی دارد. از لحاظ تاریخی، زمانی که آندهای غیر واکنشی برای الکترولیز مورد نظر بودند، گرافیت (که در زمان فارادی پلمباگو نامیده می شد) یا پلاتین انتخاب می شدند. مشخص شد که آنها برخی از کم واکنش ترین مواد برای آندها هستند. پلاتین در مقایسه با مواد دیگر بسیار آهسته فرسایش می یابد و گرافیت خرد می شود و می تواند دی اکسید کربن را در محلول های آبی تولید کند اما در غیر این صورت در واکنش شرکت نمی کند. کاتدها ممکن است از یک ماده ساخته شوند، یا ممکن است از مواد واکنش پذیرتر ساخته شوند زیرا سایش آند به دلیل اکسیداسیون در آند بیشتر است.

اکسایش و کاهش
-------------

امروز می‌دانیم که طی فرایند برق‌کافت، مبادلهٔ الکترون رخ می‌دهد. یعنی در سطح الکترود منفی (کاتد) گونه‌های شیمیایی الکترون به دست می‌آورند و بر سطح الکترود مثبت (آند) گونه‌های شیمیایی الکترون از دست می‌دهند و این جریان الکترون از بیرون محلول و از طریق مدار الکتریکی بین دو الکترود برقرار می‌گردد.
به فرایند صورت گرفته در کاتد «کاهش» یا «احیا» و به فرایند رخ‌داده در آند افزایش یا «اکسایش» گفته می‌شود.

منابع
-----

Principles of General Chemistry; M. S. Silberberg; 2nd Edition; Chapters 2 & 21

| * ن
* ب
* و
مقالات مرتبط با الکترولیز / پتانسیل الکترودی استاندارد |
| --- |
| فرآیندهای الکترولیز | 
* Betts electrolytic process
* فرآیند کاستنر
* Castner-Kellner process
* Chloralkali process
* سلول دانز
* برقکافت آب
* الکترو وینینگ
* فرآیند هال–هرولت
* ولتامتر هفمن
* الکترولیز کلبه

 |
| مواد تولید شده به روش الکترولیز | 
* آلومینیوم (استخراج)
* فلز کلسیم
* کلر
* مس
* Electrolysed water
* فلوئور
* هیدروژن
* فلز لیتیم
* فلز منیزیم
* فلز پتاسیم
* فلز سدیم
* سدیم هیدروکسید
* روی

 |
| همچنین ببینید | 
* الکتروشیمی
* Gas cracker
* پتانسیل الکترود استاندارد (صفحه داده)

 |

|  |  |
| --- | --- |
|  | در ویکی‌انبار پرونده‌هایی دربارهٔ برق‌کافت موجود است. |

|  |  |
| --- | --- |
| آیکون خرد | این یک مقالهٔ خرد شیمی تجزیه است. می‌توانید با گسترش آن به ویکی‌پدیا کمک کنید. |