التحليلُ الكَهرُبائي يُعتبَر إحدى التقنيات الأساسية التي تعتمد على تمرير تيارٍ كهربائي خلال مادة مُحددة لتفكيك مركّباتها إلى عناصرها الأولية وهو أمرٌ بالغ الأهمية في العديد من التطبيقات الصناعية إذ يتطلب معرفة دقيقة بجميع تفاصيله لتجنب أي تغييرات غير متوقعة قد تؤثر على النتائج النهائية فحدوث أي خلل بسيط قد يؤدي إلى مشكلات كبيرة في عمليات الإنتاج لذلك لا بدّ أن يُنفَّذ بواسطة مختصين يمتلكون خبرة كافية لضمان كفاءة العملية وتقليل أي خسائر محتملة.
مفهوم التحليل الكهربائي
التَّحلِيل الكَهرُبَائِي يُعَدُّ إحدى الطُّرُق الأساسيَّة التِي يُمكِن مِن خِلالِهَا تَفكِيك المُركَّبَات إلى عَناصِرِها الأوَّليَّة بِواسِطَة التَّيَّار الكَهرُبَائِي وهُو مَا يحدُث فِي وسَط سَائل كالمَاءِ أو المَحَالِيل التِي تَحتَوِي علَى أيُونَات حرَّة تَنتقِل وَتنجَذِب نَحْو الأقطَاب عِند تَمرِير الكَهرُبَاءِ فِيهَا.
يُعدُّ العَالِم ألسَاندرو فُولتَا مِن الأوائل الذِينَ قَامُوا بِدِرَاسَة التَّحلِيل الكَهرُبَائِي حَيث تَوَصَّل إلَى هَذه التِّقنِيَّة فِي العَام 1800م كجُزء مِن أبحَاثِه حَول تَفاعُل العَنَاصِر الكِيميَائِيَّة وَطَرِيقَة اكتِسَابِهَا أو فَقدِهَا للأَيُونَات وَبَعد إجْرَاء سِلسِلَة مِن التَّجرِبَات تَمكَّن مِن تَوثِيق هَذِهِ العَمَلِيَّة وَفَهم آليَّاتهَا.
اليَوم يُعَدُّ التَّحلِيل الكَهرُبَائِي وَاحِدًا مِن الأدَوَات الحَيَوِيَّة فِي العَدِيد مِن القِطَاعَات الصِّناعيَّة فَتجِدُه يُستَخدَم فِي تَكرِير وَتنقِيَة المَعَادِن كالألومِنِيُوم كَمَا يُعتمَد علَيه فِي إنتَاج الهِيدروجِين الذِي يُعَدُّ مِن الخَيَارَات المُهمَّة كطَاقَة بَدِيلَة لِلوُقُود الأُحفُورِي الذِي يَشهَد انخِفَاضًا فِي مُستَوَيَات استِهلاَكِه مَع مُرُور الوَقت.
تفصيل آلية التحليل الكهربائي
يُعَدُّ التحليل الكهربائي من العمليات الأساسية التي تُستخدم في العديد من التطبيقات الصناعية، حيث تتيح هذه العملية فصل المركبات الكيميائية وتحويلها إلى أشكال جديدة لذلك فإن الإلمام بكيفية تنفيذها يعد أمرًا ضروريًا خاصةً لمن يود تطبيقها عمليًا من خلال نموذج تجريبي لفهم آلية فصل المواد وتتم العملية عبر الخطوات التالية:
- يتم تجهيز وعاء يحتوي على سائل مناسب ثم يُوضَع داخله موصلان كهربائيان لضمان توصيل التيار الكهربائي بكفاءة.
- يتم توصيل الطرفين الآخرين للأسلاك بمصدر كهربائي كالبطارية مع إضافة مادة إلكتروليتية إلى السائل الموجود داخل الوعاء حيث يكتمل بذلك مسار الدائرة الكهربائية ويُسمح للتيار بالانتقال عبر المكونات الموصلة.
- في هذه المرحلة، تتكوَّن خلية التحليل الكهربائي والتي تتضمَّن قطبين أحدهما سالب يُعرف بالكاثود والآخر موجب يُسمى الأنود وكل منهما يؤدي دوره في استقبال وتوجيه التيار داخل الخلية.
- عند مرور التيار الكهربائي تبدأ تفاعلات الأكسدة والاختزال بالحدوث على الأقطاب حيث تخضع المواد الداخلة في التفاعل لتغيرات كيميائية تؤدي إلى تحويلها إلى أشكال أخرى وفقًا لتركيبها الكيميائي.
- تختلف المواد الناتجة عن العملية باختلاف العناصر المتفاعلة ونوع التحليل الكهربائي المُطبَّق مما يجعل من الممكن الاستفادة منها في صناعات متعددة بناءً على الغرض المحدد من التجربة.
العناصر المؤثرة في دقة التحليل الكهربائي
توجد عدة عوامل تلعب دورًا محوريًا في تحديد دقة التحليل الكهربائي حيث تؤثر على كيفية حدوث التفاعل الكيميائي وأي خلل في أحد هذه العوامل قد يؤدي إلى نتائج غير متوقعة مما قد يتسبب في أخطاء كبيرة ومن أبرز هذه العوامل ما يلي:
- نوع القطب: لكل معدن قطب نشط وآخر خامل واختيار نوع القطب بطريقة غير صحيحة قد يؤثر على سير التفاعل مما يؤدي إلى تغيرات في النتائج لم تكن متوقعة.
- الجهد الزائد: قد يَتطلب الأمر أحيانًا زيادة الجهد للوصول إلى النتيجة المطلوبة إلا أن ذلك قد يؤدي إلى تفاعلات جانبية تؤثر على العملية وتغير من طبيعة النتائج المنتظرة.
- طبيعة المواد المتفاعلة: كل مادة تمتلك خواص فيزيائية وكيميائية تختلف عن غيرها وهذه الخواص قد يكون لها تأثير واضح على نوع التفاعل والنتائج التي يتم الحصول عليها بناءً على المادة المستخدمة.
- التفاعلات التي تحدث عند الأقطاب: بعض الأقطاب قد تؤدي إلى حدوث أكثر من تفاعل في نفس الوقت لذا من الضروري اختيار القطب المناسب لنوع التفاعل المطلوب لتجنب أي تداخلات غير مرغوبة قد تؤثر على دقة النتائج.
الاستخدامات الصناعية للتحليل الكهربائي
أصبح التحليل الكهربائي عنصرًا أساسيًا في العديد من المجالات الصناعية والتطبيقات المختلفة مما ساهم بشكل كبير في تعزيز النمو الاقتصادي للدول التي تعتمد عليه بشكل واسع ومن بين أبرز مجالات استخدامه:
- استخراج المعادن: تتم هذه العملية من خلال تحضير قوالب لمعدن نقي ثم استخدام معدن خام يحتوي على شوائب وإضافة مواد مساعدة تعمل على فصل هذه الشوائب مما يؤدي إلى الحصول على معدن بدرجة نقاء عالية.
- الطلاء الكهربائي: يتم تطبيق هذه التقنية لتحسين جودة ومتانة المنتجات المعدنية حيث يُطلى المعدن الأساسي بطبقة من معدن آخر أكثر قيمة وقوة مما يضفي عليه حماية من التآكل والصدأ بالإضافة إلى تحسين مظهره الخارجي.
- تصنيع المواد الكيميائية: يُعد التحليل الكهربائي أحد العمليات الأساسية في إنتاج مواد كيميائية مهمة مثل هيدروكسيد الصوديوم والكلور والألمنيوم والبوتاسيوم وجميعها تلعب دورًا رئيسيًا في العديد من التطبيقات الصناعية.
- تحليل الماء: تعتمد هذه الطريقة على تفكيك جزيئات الماء لاستخراج الهيدروجين الذي يُعتبر عنصرًا حيويًا يدخل في العديد من الاستخدامات الصناعية، لا سيما في إنتاج الوقود النظيف.
- الطباعة الكهربائية: تستخدم هذه التقنية في مجالات متعددة منها تصنيع العملات المعدنية وإنشاء النقوش الدقيقة التي تُنفذ على الميداليات والألواح المعدنية المختلفة.
أصبحت عمليات التحليل الكهربائي عنصرًا محوريًا في التطوير الصناعي وساهمت بشكل كبير في تحسين الأداء الاقتصادي للدول التي استثمرت فيها بطرق مدروسة ولكن من الضروري اتباع المعايير الصحيحة لضمان الاستخدام الآمن لهذه التقنية وتجنب أي مخاطر محتملة.
