التحليل الكهربائي لمحلول حمض الكبريتيك

تنتج الطاقة الكهربائية عن تدفق الشحنة الكهربائية؛ فالطاقة ما هي إلا استخدام القوة لتحريك الأجسام، والقوة تحدث من خلال قوى التنافر أو التجاذب بين الجزيئات، وتحدث حركة الجسيمات المشحونة من خلال الأسلاك، بينما تنتج الكهرباء الساكنة عن حدوث فصل في الشحنات الإيجابية والسلبية على جسم ما، والكهرباء الساكنة هي شكل من أشكال الطاقة الكهربائية، وقد تتوجّه الطاقة الكهربائية في شكل صاعقة، أو غيرها من الأشكال المختلفة، وسيتحدث هذا المقال عن عملية التحليل الكهرائي التي يحدث فيها انتقال الشحنات، وتحديدًا التحليل الكهربائي لمحلول حمض الكبريتيك.[١]
أهمية التحليل الكهربائي
يتم استخدام عمليات التحليل الكهربائي للحصول على الشكل النقي للمعادن المختلفة؛ فنتيجة لعمليات التحليل الكهربائي يتم إنتاج الألومنيوم والليثيوم والصوديوم والبوتاسيوم والمغنيسيوم والكالسيوم والنحاس وغيرها، ويمكن توضيح استخدامات عمليات التحليل الكهربائي كالآتي:[٢]
إنتاج الكلور وهيدروكسيد الصوديوم.
إنتاج كلورات الصوديوم وكلورات البوتاسيوم.
إنتاج المركبات العضوية المفلورة مثل حمض ثلاثي فلورو أسيتيك عن طريق عملية الفلورة الكهربائية.
إنتاج الأكسجين.
إنتاج الهيدروجين للوقود، باستخدام مصدر رخيص للطاقة الكهربائية.
إنتاج الكلور والصودا الكاوية لصناعة الكلور القلوي.
فصل جزيئات الماء إلى عناصرها الأساسية من الهيدروجين والأكسجين.
إنتاج كلورات الصوديوم وكلورات البوتاسيوم والكلور والألمنيوم عن طريق التحليل الكهربائي.
التحليل الكهربائي لمحلول حمض الكبريتيك
يعد التحليل الكهربائي لمحلول حمض الكبريتيك واحدًا من أكثر العمليات شيوعًا، فحمض الكبريتيك هو حمض قوي جدًا، وفي المحاليل المائية يتأين حمض الكبريتيك تمامًا لتكوين أيونات الهيدرونيوم + H3O وأيونات سلفات الهيدروجين− HSO4، كما في التحليل الكهربائي لمحلول حمض الكبريتيك، وفي المحاليل المخففة تنفصل أيونات سلفات الهيدروجين أيضًا، مكونةً المزيد من أيونات الهيدرونيوم وأيونات الكبريتات−نص علوي SO42، وبالإضافة إلى كونه عامل مؤكسد، فهو يتفاعل بسهولة في درجات حرارة عالية مع العديد من المعادن والكربون والكبريت وغيرها من المواد.[٣] وحمض الكبريتيك المركز هو حمض ذو تركيز عالٍ يذوب في كمية أقل من الماء، مثل محلول 98٪ من حمض الكبريتيك المركز، أما حمض الكبريتيك المخفف فهو الذي يحتوي على مزيد من تركيز الماء فيه، مثل محلول 5٪ من حمض الكبريتيك المخفف، والمحلول المخفف من حمض الكبريتيك حين يتعرض للتحليل الكهربي ينتج عنه الغازات في الكاثود وكذلك الأنود، ويمكن إيضاح التحليل الكهربائي لمحلول حمض الكبريتيك المخفف بالمعادلات الآتية:
Catode: 2H+ + 2e− →H2
Anode: 4OH−→4e− + 2H2O + O2
ويمكن اكتشاف الغاز على الكاثود عن طريق أخذ عود الثقاب تجاهه، فإذا كان يحترق مع صوت يصدر، فهذا يدل على وجود حمض H2SO4، والغاز الذي ينتج عند الأنود يعيد الإشارة إلى حدوث توهج ناتج عن عينة من الغاز، وهذا يدل على وجود الأكسجين O2، وتحدث نفس العملية في حالة الحمض المركز ولكن حينها يتعرض لعملية أكسدة.[٤]
استخدامات حمض الكبريتيك
يعدّ حمض الكبريتيك من أكثر الأحماض استخدامًا في الصناعة، ويستخدم التحليل الكهربائي لمحلول حمض الكبريتيك للحصول على مواد مختلفة يمكن استخدامها في الصناعة، ويتم تصنيع حمض الكبريتيك بنسب أكبر من أي مادة أخرى، ويؤثر إنتاج حمض الكبريتيك في العديد من الصناعات؛ فهو يلعب دورًا هامًا في إنتاج الأسمدة، ويستخدم أيضًا في صناعات فوسفات الجير وكبريتات الألومونيوم، وله دور بارز في صناعات المتفجرات والأدوية والأصباغ وغيرها الكثير من الصناعات الحيوية والهامة في الحياة اليومية، ويدخل حمض الكبريتيك بقوة في عمليات تكرير البترول، ويستخدم كذلك في معالجة المعادن، وعمليات الطلاء المعدني، وتعدّ عملية التحليل الكهربائي لمحلول حمض الكبريتيك من أكثر العمليات الشائعة في ذلك الصدد.[٥]