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.
التحليل الكهربائي هو جزء أساسي من الكيمياء ، والذي يتضمن تكسير المحلول بالكهرباء وتشكيل الأيونات الموجبة والسالبة. هذا هو المبدأ الكامن وراء خلايا التحليل الكهربي .
ملحوظة هامة: تعد خلايا التحليل الكهربي هي نفسها الخلايا الإلكتروليتية أو الخلايا التحليلية
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
تعريف التحليل الكهربي:
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.

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 .
- إنتاج الكلور بالتحليل الكهربائي لمحلول كلوريد الصوديوم المائي.
- انتاج الماء الثقيل .
- إنتاج الأكسجين للمركبات الفضائية والغواصات النووية.
باختصار، تعتبر خلايا التحليل الكهربي نقطة التقاء مهمة بين الكيمياء والكهرباء، وتمثل أحد أدوات الابتكار التي تحدث تغييرًا حقيقيًا في الصناعة والعلم، وفهم كيفية عملها وتحسين أدائها يمكن أن يُسهِم بشكل كبير في تحقيق تقدم كبير في مجالات متعددة.
يُظهر الاهتمام المتزايد بالتطورات التكنولوجية في هذا المجال أن خلايا التحليل الكهربي لها إمكانات هائلة للتطوير المستمر وتحسين العمليات الكيميائية والصناعية. قد يكون تطبيق هذه التكنولوجيا هو الطريق للوصول إلى مستقبل أكثر استدامة وكفاءة في مجالات الطاقة والصناعة والبيئة.
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.