ما هو التحليل الكهربائي؟
يمكن تعريف التحليل الكهربائي بأنها طريقة لتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة كيميائية، من خلال تطبيق مصدر طاقة على محلول كيميائي لإحداث تفاعل غير تلقائي، ومن أحد تطبيقات التحليل الكهربائي هو التحليل الكهربائي للماء فهو طريقة شائعة تستخدم في تطبيقات عديدة في مختلف الصناعات، مثل صناعة الأغذية والمعادن ومحطات الطاقة وغيرها من التطبيقات، وبما أن الماء يتكون من الهيدروجين والأكسجين، فيمكن للهيدروجين المستخلص من عملية التحلل الكهربائي أن يستخدم كمصدر وقود نظيف متجدد وفعّال.[١][٢]
ما هي عملية التحليل الكهربائي للماء؟
يطلق على عملية تحلل الماء ( ) إلى أيونات الهيدروجين ( ) والهيدروكسيد ( ) عند تمرير تيار كهربائي من خلاله بالتحليل الكهربائي، حيث تنتقل الأيونات إلى الأقطاب الكهربائية المعاكسة، وذلك لتحرير الهيدروجين النقي ( ) وغاز الأكسجين ( )، ويكون هذا التفاعل تفاعلاً غير تلقائي؛ تفاعل أكسدة واختزال، ونظرًا لأنه يتم تمديد التفاعل بالحرارة، والتي تكون على شكل كهرباء، إن هذا التفاعل يعتبر التفاعل تفاعلاً ماصاً للحرارة.[١][٢]
معادلة التحلل الكهربائي للماء
يحدث التحليل الكهربائي في خلية كهروكيميائية تتكون من مصعد (Anode) موجب الشحنة ومهبط (Cathode) سالب الشحنة، وعادةً ما يكونان مصنوعين من مادة البلاتين، وعند الحديث عن معادلات هذا التفاعل، فيمكن تقسيم التفاعل الكيميائي لتحليل الماء إلى نصفين من التفاعلات تحدث عند المصعد والمهبط:[١][٢][٣]
يحدث تفاعل الاختزال عند المهبط عندما تكتسب أيونات الهيدروجين الإلكترونات، وتتحول إلى غاز الهيدروجين، وتكون معادلة نصف التفاعل كما يلي:[١][٢][٣]
كما يحدث تفاعل الأكسدة عند المصعد عندما تعطي جزيئات الماء إلكترونات؛ وبذلك يتحرر غاز الأكسجين بفعل فقدانه للإلكترونات، وتكون معادلة نصف التفاعل كما يلي:
أما التفاعل الكيميائي الكلي، فيمكن التعبير عنه كالآتي:
يُظهر تفاعل التحليل الكهربائي للماء فصل الهيدروجين والأكسجين الموجودان في الماء من خلال تمرير التيار الكهربائي من خلاله، فبالنسبة لاثنين مول من الماء، يتم تحرير مولين من الهيدروجين ومول واحد من الأكسجين، أما الشحنات الكهربائية التي تنتقل عبر الأقطاب عن طريق المحلول الكهرلي فلكل مول من الهيدروجين يتم نقل إلكترونين من المهبط إلى المحلول الكهرلي للحصول على غاز الهيدروجين، ولكل مول من الأكسجين يتم نقل أربعة إلكترونات من المحلول الكهرلي إلى المصعد؛ مما يؤدي إلى تحرر غاز الأكسجين.[١][٢][٣]
خلية الوقود
تعد خلية الوقود واحدة من التطبيقات العملية على التحليل الكهربائي للماء، حيث تكون الطاقة المُنتجة من هذه الخلايا أعلى بثلاث مرات مقارنة بالطاقة المنتجة من البنزين، وذلك بسبب إنتاج كمية كبيرة من الحرارة عند الاحتراق؛ يمكن استعمالها في السيارات والطائرات والقوارب، كما يمكن استخدامها في محطات توليد الطاقة، ولكن من الصعب جداً تخزين الهيدروجين في خزان مبرد أو عالي الضغط، وهو يمثل المشكلة الأساسية في استخدام هذه الخلايا.[٤]
المراجع
- ^ أ ب ت ث ج "Water Electrolysis", byjus, Retrieved 16/3/2023. Edited.
- ^ أ ب ت ث ج "Electrolysis of Water", chemistrylearner, Retrieved 15/3/2023. Edited.
- ^ أ ب ت "What is electrolysis of water?", byjus, Retrieved 16/3/2023. Edited.
- ↑ atoms react with oxygen,products of water and heat "Hydrogen Fuel Cell", byjus, Retrieved 16/3/2023. Edited.
