ما هو التحليل الكهربائي
تشكل عملية التحليل الكهربائي ضرورة أساسية في الحياة اليومية بسبب الدور الكبير التي تلعبه في تشكيل العديد من المواد كالألمنيوم والمعادن والعديد من المركبات الكيميائية المحددة، بالإضافة إلى استخدامه في تشكيل الهيدروجين الذي سيستخدم في المستقبل كبديل أساسي للوقود الأحفوري الذي يتلاشى شيئاً فشيئاً، ما هو التحليل الكهربائي وكيف يتم وماهي أهم استخداماته هذا ما سنتطلع عليه فيما يلي.
التحليل
الكهربائي
هو عبارة عن عملية كيميائية اكتشفت في عام 1800 على يد العالم الفيزيائي ألساندرو فولتا من أجل إحداث تغير في خواص المواد الكيميائية بحيث تفقد (تتأكسد) أو تكسب إلكتروناً (تُرجع)، تتم عملية التحليل باستخدام خلية كهربائية خاصة تحتوي على عدد من الأقطاب (لبوس) الموجبة والسالبة الشحنة ومفصولة عن بعضها البعض ومغمورة بمحلول ذي أيونات موجبة وسالبة.
تبدأ عملية التحليل من خلال تمرير تيار كهربائي من القطب السالب الذي يطلق عليه اسم المهبط إلى القطب الموجب الذي يطلق عليه اسم المصعد من خلال المحلول الموجود ضمن الخلية، مما يسبب جذب لأجزاء المحلول الموجبة الشحنة نحو المهبط لتتفاعل مع الإلكترونات الموجودة فيه وتندمج معها مما يسبب اكتسابها الكترون جديد لتتحول إلى عناصر كيميائية مختزلة محايدة أو تتحول إلى عناصر جديدة، بينما تنجذب جزيئات المحلول السالبة الشحنة نحو المصعد وتتفاعل معه مما يفقدها إلكترون لتتأكسد متحولة أيضاً إلى عناصر محايدة أو جديدة كلياً.
العوامل المؤثرة
على نتائج التحليل الكهربائي
يمكن لبعض
العوامل التأثير على ردود فعل التحليل الكهربائي، منها:
- الجهد الزائد: يمكن في بعض التفاعلات (خاصةً الغازية) استخدام جهد زائد للحصول على النتائج المطلوبة مما قد يسبب بعض ردود الفعل غير المتوقعة للتحليل.
- نوع القطب: يؤثر نوع القطب المستخدم في التحليل على نتائجه إذ يشكل القطب الفعال جزء من التفاعل بينما يقدم القطب الخامل سطحه لإجراء التفاعل دون أن يتدخل فيه.
- التفاعلات الحاصلة على القطب: يمكن أن تحدث العديد من ردود فعل للتفاعل على القطب الواحد، الأمر الذي يؤدي للحاجة إلى التخلص من التفاعلات الغير اللازمة والإبقاء على التفاعلات اللازمة والموائمة لإجراء التحليل الكهربائي والحصول على النتائج المطلوبة.
- طبيعة المواد المتفاعلة: تسبب الخواص الفيزيائية والكيميائية الغير قياسية للمواد المتفاعلة في الحصول على نتائج غير مرغوبة.
تطبيقات التحليل
الكهربائي
يستخدم التحليل الكهربائي في العديد من
التطبيقات والصناعات في يومنا هذا، منها:
- استخراج المعادن: تتم عملية الاستخراج من خلال وضع المعدن الشائب ليمثل المصعد بينما توضع قوالب من المعدن النقي لتمثل المهبط الذي يتم استبداله بعد تجمع المعدن النقي المستخرج من المعدن الشائب عليه، على سبيل المثال يتواجد النحاس الشائب ذو المقاومة العالية بنسب نقاوة تصل من 98٪ إلى 99٪، لكن الحد الأدنى لنقاوة النحاس هي 99.92% لذا يجب تنقيته، يتم ذلك عن طريق التحليل الكهربائي باستخدام محلول كبريتات النحاس كوسط ناقل، ونفس الشيء بالنسبة لبقية المعادن كالزنك وغيره.
- تصنيع العديد من المواد الكيميائية: يمكن انتاج العديد من المواد الكيميائية كهيدروكسيد الصوديوم المعروف باسم الصودا الكاوية بالإضافة إلى الكلور وبرمنغنات البوتاسيوم والأمونيوم وغيرها من المواد باستخدام التحليل الكهربائي.
- الطلاء الكهربائي: يتم في هذه العملية طلاء وتغطية المعادن الرخيصة بطبقة رقيقة من المعادن الثمينة بهدف زيادة جماليتها أو لحمايتها من التآكل أو بغرض إصلاحها، يجب تنظيف الجسم المراد طليه جيداً ثم ووضعه ليمثل المهبط ضمن الخلية التي تحوي على مصعد من نفس مادة الفلز ويتم وضع المعدن المراد الطلاء به كوسط نقل ضمن الخلية، لكي يكون الطلي جيد وموزع بشكل متساوي يجب أن يكون المهبط محاطاً بمجموعة من المصاعد أو تدويره بسرعة ثابتة.
- الطباعة الكهربائية: تستخدم هذه العملية في تشكيل العملات المعدنية والميداليات والنقوش، تتم هذه العملية من خلال تشكيل قالب للجسم المراد طباعته من الشمع ثم تغطيه بمسحوق الجرافيت لكي يتحول إلى ناقل كهربائي ثم يتم استخدامه كمهبط في الخلية الكهربائية، بعد تمرير التيار من الخلية والحصول على السماكة المطلوبة من الطلاء يتم إزالة الجسم وإذابة قالب الشمع من الغلاف المعدني المتشكل حوله للحصول على الجسم المطلوب.
- تحليل الماء: شكلت الكلفة العالية وقلة الوقود الاحفوري مشكلة في يومنا هذا الأمر الذي جعل العلماء يبحثون عن طرق بديلة للطاقة، فوجدوا ان الهيدروجين يمثل مصدر مثالي لذلك من خلال استخدامه باعتباره لا يصدر أي ملوثات عند حرقه ومتواجد بكميات كبيرة ومتجددة لذا لجأ العلماء إلى التحليل الكهربائي لفصل جزيئات الماء إلى ذرات الأوكسجين والهيدروجين.