الكيمياء الكهربيةالكيمياء

خلايا التحليل الكهربي

تُعد خلايا التحليل الكهربي من أهم الأدوات الكيميائية والتكنولوجية التي تمثل أساساً لعدة عمليات صناعية حيوية.

خلايا التحليل الكهربي(الخلايا التحليلية)

تُعد خلايا التحليل الكهربي من أهم الأدوات الكيميائية والتكنولوجية التي تمثل أساساً لعدة عمليات صناعية حيوية. تلعب هذه الخلايا دورًا حاسمًا في تحويل المواد الكيميائية واستخلاص العناصر وإنتاج المعادن عالية النقاوة، إلى جانب تطبيقاتها في مجالات الطاقة المتجددة والبيئة وغيرها.

يمكن تعريف الخلية الإلكتروليتية (خلية التحليل الكهربي) على أنها هي خلية كهروكيميائية  تستخدم الطاقة الكهربائية لتسهيل تفاعل الأكسدة والاختزال غير التلقائي. و يمكن استخدامها للتحليل الكهربائي لمركبات معينة.

المكونات الثلاثة الأساسية للخلايا الإلكتروليتية (خلايا التحليل الكهربي) :

  • كاثود (مشحون بشحنة سالبة للخلايا الإلكتروليتية).
  • الأنود (وهو ذو شحنة موجبة للخلايا الإلكتروليتية).
  • إلكتروليت

تتكون من وعاء يحتوي على إلكتروليت إما كمحلول مائي أو في حالة منصهرة ، ويتم غمس قضيبين معدنيين فيه ويتم توصيلهما بطرفين لمصدر كهرباء ، وتسمى هذه القضبان الأقطاب الكهربائية ؛ يسمى القطب المتصل بالقطب السالب للبطارية الكاثود والآخر المتصل بالقطب الموجب يسمى الأنود .

في بعض الخلايا ، يتم وضع فاصل (مزيج زجاجي ، خزفي مسامي ، لوح بوليمر مسامي ، أو غشاء انتقائي للأيونات) بين الأنود والكاثود ، من أجل “فصل” الكيمياء عند القطبين.

تعريف التحليل الكهربي:

يُعرَّف التحليل الكهربي بأنه عملية تحلل الإلكتروليت عن طريق مرور الكهرباء عبر محلوله المائي أو حالته المنصهرة (المنصهرة).

آلية التحليل الكهربي :

أثناء التحليل الكهربائي ، يتحلل الالكتروليت بالكهرباء إلى أيونات موجبة وسالبة ، وتنجذب الأيونات الموجبة إلى القطب السالب ، وتكتسب إلكترونات من الكاثود وتصبح متعادلة ، بينما تهاجر الأيونات السالبة نحو القطب الموجب  ، وتفقد إلكترونات وتصبح متعادلة.

يُطلق على تحويل الأيونات إلى أنواع متعادلة عند القطب الخاص بها التغيير الأساسي ، وقد يتم جمع المنتج المتكون نتيجة للتغيير الأولي على هذا النحو أو قد يخضع لتغيير ثانوي لتشكيل المنتج النهائي.

قوانين التحليل الكهربائي:

ينص القانون الأول للتحليل الكهربائي على أن:

كمية العناصر المحررة أو المودعة في التحليل الكهربائي تتناسب مع كمية الشحنة الكهربائية التي تمر عبر الدائرة.

ينص القانون الثاني للتحليل الكهربائي على أنه :

عندما يتم تمرير نفس الكمية من الكهرباء عبر إلكتروليتات / عناصر مختلفة متصلة في سلسلة ، فإن كتلة المادة المحررة / المترسبة في الأقطاب الكهربائية تتناسب طرديًا مع أوزانها المكافئة.

 

التحليل الكهربي لمصهور كلوريد الصوديوم:

 يتم غمس قطبين كهربائيين خاملين في كلوريد الصوديوم المنصهر (الذي يحتوي على كاتيونات Na + و أنيونات Cl ).

عندما يتم تمرير تيار كهربائي إلى الدائرة ، يصبح الكاثود غنيًا بالإلكترونات ويولد شحنة سالبة. تنجذب الآن كاتيونات الصوديوم موجبة الشحنة نحو الكاثود سالب الشحنة. ينتج عن هذا تكوين الصوديوم المعدني عند الكاثود.

في الوقت نفسه ، تنجذب ذرات الكلور إلى الأنود موجب الشحنة. ينتج عن هذا تكوين غاز الكلور (Cl 2 ) عند الأنود (الذي يصاحبه تحرير إلكترونين ، وإنهاء الدائرة).

التفاعل عند الكاثود:

[Na + + e  → Na] × 2

التفاعل عند الأنود:

2Cl  → Cl 2 + 2e 

تفاعل الخلية:  

2NaCl → 2Na + Cl 2

وبالتالي ، يمكن أن يتعرض كلوريد الصوديوم المنصهر للتحليل الكهربائي في خلية التحليل الكهربائي لتوليد الصوديوم المعدني وغاز الكلور كمنتجات.

التحليل الكهربي لكلوريد الصوديوم
التحليل الكهربي لكلوريد الصوديوم

تطبيقات خلايا التحليل الكهربي:

  • التطبيق الأساسي هو إنتاج غاز الأكسجين وغاز الهيدروجين من الماء.
  • كما أنها تستخدم لاستخراج الألومنيوم من البوكسيت.
  • من التطبيقات البارزة الأخرى  الطلاء الكهربائي، وهي عملية تكوين طبقة واقية رقيقة من معدن معين على سطح معدن آخر.
  • يتم إجراء التكرير الكهربائي للعديد من المعادن غير الحديدية بمساعدة خلايا التحليل الكهربي.
  • تستخدم هذه الخلايا أيضًا في عمليات الاستخلاص الكهربائي.
  • يمكن ملاحظة أن الإنتاج الصناعي للنحاس عالي النقاء و الزنك عالي النقاء والألومنيوم عالي النقاء يتم دائمًا تقريبًا من خلال خلايا التحليل الكهربي .

المراجع:

1- موقع www.byjus.com أطلعت عليه بتاريخ 5/8/2023.

2- موقع  www.brilliant.org أطلعت عليه بتاريخ 5/8/2023.

3- موقع www.chemicool.com أطلعت عليه بتاريخ 5/8/2023.

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

مقالات ذات صلة

زر الذهاب إلى الأعلى