تتكون خلايا التحليل الكهربائي من محلول أو مصهور كهرلي وقطبين، وفي خلايا التحليل الكهربائي يحدث تفاعل كيميائي غير تلقائي، وذلك من خلال تمرير تيار كهربائي فيه يؤدي لتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة كيميائية.
خلايا التحليل الكهربائي
يمكن تعريف خلايا التحليل الكهربائي بأنها أي جهاز يتم فيه تحويل الطاقة الكهربائية إلى كيميائية أو العكس، ومن أهم ما يتعلق بها:
أجزاء خلايا التحليل الكهربائي
تتكون خلايا التحليل الكهربائي من الأجزاء التالية:
- المصعد: أو المُؤكسد هو القطب الموجب الذي يفقد إلكترونات؛ بسبب تفاعل الأكسدة.
- المهبط: أو المُختزل هوهو القطب السالب الذي يكتسب الإلكترونات؛ بسبب تفاعل الاختزال.
- المحلول الكهرلي: هو الوسط الذي يتم به تبادل الإلكترونات بين المصعد والمهبط.
صفات خلايا التحليل الكهربائي
من أبرز الصفات التي تتعلق في خلايا التحليل الكهربائي:
- يحدث بها تفاعل أكسدة واختزال غير تلقائي.
- تحتاج إلى طاقة كهربائية حتى يتم التفاعل بطريقة صحيحة.
- خلايا التحليل الكهربائي تعمل على تحويل الطاقة من كهربائية إلى كيميائية.
آلية عمل خلايا التحليل الكهربائي
تتم خلايا التحليل الكهربائي عملها بالخطوات التالية:
- عادة ما تتكون من موصلين معدنيين أو إلكترونيين، وهي أقطاب كهربائية معزولة عن بعضها، ولكن متصلة مع المنحل بالكهرباء، بالإضافة إلى مركب أيوني مذاب أو منصهر.
- من ثم يتم توصيل الأقطاب الكهربائية بمصدر للتيار الكهربائي المباشر؛ بحيث يكون أحدهما مشحون بشحنة سالبة والآخر مشحون بشحنة موجبة.
- تنتقل الأيونات الموجبة في الإلكتروليت إلى القطب السالب
- (الكاثود)، وعند القطب السالب تتحد مع إلكترون واحد أو أكثر، مما يجعلها تفقد شحنتها أو جزء منها، وتتحول إلى أيونات موجبة ولكن شحنتها منخفضة، أو ذرات أو جزيئات محايدة.
- تنتقل الأيونات السالبة في نفس الوقت إلى القطب الموجب ( الأنود )، وتعمل على انتقال الالكترونات إليه حتى تصبح أيونات جديدة أو جزيئات محايدة.
- كلا العمليتين عبارة عن نقل الإلكترونات من الأيونات السالبة إلى الأيونات الموجبة.
مبدأ عمل خلايا التحليل الكهربائي
تعمل خلايا التحليل الكهربائي بالمبدأ الآتي:
- البطارية تساعد على توفير مصدر للطاقة الكهربائية، وهي ما تسبب دفع الإلكترونات إلى الكاثود، وتحوله إلى سالب، بينما يتم سحب الإلكترونات من الأنود، وتحوله إلى موجب.
- العملية السابقة تعمل على تنشيط تفاعل الأكسدة والاختزال؛ بحيث يحدث عند الأنود تفاعل الأكسدة يؤدي لإطلاق الإلكترونات، ويحدث تفاعل الاختزال في الكاثود الذي يستخدم الإلكترونات التي تتراكم على الكاثود.
- نتيجة لكل التفاعلات اثنين من الأيونات يتحولان إلى ذرات أو جزيئات محايدة، وكل هذا بسبب الطاقة الكهربائية التي توفرها البطارية لنقل الإلكترونات من الأنود إلى الكاثود.
تطبيقات خلايا التحليل الكهربائي
من أبرز تطبيقات خلايا التحليل الكهربائي:
- الطلاء الكهربائي.
- استخراج الألمنيوم من البوكسيت (bauxite).
- الاستخلاص الكهربائي.
- التكرير الكهربائي للمعادن غير الحديدية.
- إنتاج غاز الأكسجين وغاز الهيدروجين من الماء.
