الخلايا التحليلية ، ماذا نعرف عن تلك الخلايا؟ ومما تتكون؟ وما هى طريقة عملها؟ وما هى أبرز التطبيقات عليها؟ هذا ما سوف نعرفه فى هذا المقال المقدم لنا من خلال موقع الهندسة .
ما هى الخلايا التحليلية ؟
الخلايا التحليلية أو كما يُطلق عليها الخلايا الإلكتروليتية هى أحد أنواع الخلايا الكهروكيميائية، يُستخدم فيها التيار الكهربى لإجراء تفاعل أكسدة واختزال ومنها يمكننا الحصول على مواد كيميائية نقية.
الفرق بين الخلية الجلفانية والخلية التحليلية
تعتبر الخلايا التحليلية معاكسة فى العمل للخلايا الجلفانية، فكما ذكرنا فى مقالنا عن الخلايا الجلفانية يتم استخدام المواد الكيميائية فيها للحصول على تيار كهربى فى عملية أكسدة واختزال، فإن الخلايا التحليلية معاكسة تماماً لهذه العملية.
وتشترك الخلايا التحليلية مع الخلايا الجلفانية فى أن التفاعل الحاصل هو تفاعل الأكسدة والإختزال، ووجود قطبين يحدث عندهما التفاعل هما الكاثود والأنود مع اختلاف الإشارة الدلالية لهما عن الخلايا الجلفانية، وأيضاً يشتركون فى وجود محلول إلكتروليتى يحتوى على الأيونات مع غياب القنطرة الملحية فى الخلايا التحليلية.
ولكن نجد أن الخلايا التحليلية تحتاج إلى مصدر كهرباء خارجي (تيار مستمر) لتستمر العملية بها، فبذلك يُعتبر التفاعل الحاصل بها هو تفاعل غير تلقائي أى أن قيمة الإنثاليبى له تكون موجبة Gibbs free energy (∆G) = positive.
تعرف على تفاصيل الخلايا الجلفانية
مكونات الخلية التحليلية
الخليه التحليلية البسيطة يمكن إعدادها بوجود وعاء يوضع فيه محلول أو مصهور إلكتروليتى ثم يُغمر في هذا المحلول أو المصهور قطبين موصلين للتيار مثل الكربون أو البلاتين، يتم توصيل أحد القطبين بالقطب الموجب لمصدر التيار المستمر ثم يوصل القطب الآخر بالقطب السالب.
طريقة عمل الخلية التحليلية
نجد أن القطب الذي تم توصيله بالطرف الموجب يأخذ نفس الإشاره وعنده تتجه الأيونات السالبة نحو القطب لتتعادل شحناتها، أى يحدث لها عمليه أكسدة ويسمى هذا القطب (الآنود).
أما القطب الذي تم توصيله بالطرف السالب يأخذ الشحنة السالبة وعنده تتجه الأيونات الموجبة لتكتسب عدداً من الإلكترونات لكى تتعادل به شحنتها وتكون هذه هى عملية الإختزال، ويُسمى هذا القطب (الكاثود), وبذلك تكون الدائرة مغلقه وتنتقل الإلكترونات من الآنود إلى الكاثود عبر الدائرة الخارجية، في هذا النوع من الخلايا لا يحدث التفاعل إلا إذا كان الجهد المطبق على الخلية يفوق قليلاً الجهد الإنعكاسي للخلية، أما إذا ساواه أو قل عنه يتوقف التفاعل.
أهم تطبيقات الخلايا التحليلية
الخلايا التحليلية واحدة من أهم الأجهزة استخداماً في مجال الكيمياء التطبيقية والصناعية، ومجال بحث وتطوير مستمر حيث نجد لها أهمية بالغة، ونذكر من ذلك:-
- تستخدم في عملية استخلاص المعادن من خاماتها حيث يتم عمل محلول أو مصهور من الخام ثم تطبيق طرق التحليل الكهربى عليه وبذلك نحصل على المعدن بصورة نقية، ومن أمثلة ذلك التحليل الكهربى لخام (البوكسيت) لإنتاج معدن الالومنيوم.
- من التطبيقات المهمة لخلايا التحليل الكهربي عملية الطلاء الكهربائي حيث يتم وضع طبقة رقيقة من معدن ما على سطح معدن آخر بغرض الوقاية أو التزيين.
- يتم من خلال الخلايا الإلكتروليتية تنقية المعادن بصورة عالية، ومثال على ذلك تنقية النحاس حيث يتم وضع ألواح من النحاس غير النقي في خلية إلكتروليتية حيث يُوصل بالطرف الموجب لمصدر التيار ويتم غمره في محلول كبريتات النحاس، أما الطرف الآخر السالب فيتم توصيل به قطب أو سلك نقي من النحاس، وبهذه الطريقه تحدث أكسدة للنحاس غير النقي في الطرف الموجب ويتحلل المعدن الى أيوناته ثم تحدث عملية إختزال في الطرف السالب للأيونات الذائبة ويترسب النحاس بشكل نقى.
- ولعل من أهم التطبيقات للخلايا التحليلية هوالتحليل الكهربي للماء لإنتاج غازى الأكسجين والهيدروجين وهذه الطريقه تخضع لبحث واهتمام كبير وذلك لأن من خلالها ينتج الهيدروجين كما بينا في مقال الهيدروجين الأخضر، وهي طريقة يُعلق العلماء عليها آمالهم لإنتاج طاقة نظيفة ومتجددة.
- يتضح لنا الآن مدى أهمية خلايا التحليل فى التطبيقات الكيميائية سواء فى استخلاص المعادن أو إنتاج الهيدروجين أو حتى فى غيرها من التطبيقات.
وإلى هنا نكون قد انتهينا من مقالنا عن الخلايا التحليلية وما زال أمامنا الكثير لنتحدث عنه فى مقالات مختلفة، انضمو لنا على مجتمع الواتساب لمزيد من المقالات والنقاشات الهندسية
