التحليل الكهربائي لمصهور كلوريد الصوديوم

التحليل الكهربائي أوما يدعى بالكهرلة هي طريقة تعمل على تحفيز التفاعلات الكيميائية التي لا تحدث تلقائيًا، فهي تقوم على إجبار حدوث تفاعلات أكسدة واختزال بين المواد المتفاعلة بحيث تفقد إحدى المواد إلكتروناتها لتكسبها المادة الأخرى، وهذا كلّه يعتمد على استخدام تيّار كهربائي لفصل المواد إلى مكوّناتها وعناصرها الرئيسة، فبهذه الطريقة تم اكتشاف العديد من العناصر الموجودة في الطبيعة والتي عادةً ما تكون متفاعلةً مع عناصر ومركبات أخرى، وفيما يأتي سيتم التحدّث بشيءٍ من التّفصيل عن التحليل الكهربائي لمصهور كلوريد الصوديوم.[١]
التحليل الكهربائي لمصهور كلوريد الصوديوم
تستخدم عملية التحليل الكهربائي لمصهور كلوريد الصوديوم لاستخلاص معدن الصوديوم واستخدامه تجاريًّا، نظرًا لصعوبة إيجاده بصورته النّقية في الطبيعة لأنه شديد التفاعل مع العناصر الأخرى الموجودة في المحيط الخارجي، ويتم عادةً استخراجه من أملاحه كملح كلوريد الصوديوم والمعروف أيضًا بملح الطعام [٢]، ولهذا تُستخدم خلايا تحليل كهربائية في عملية التحليل الكهربائي لمصهور كلوريد الصوديوم، والتي تتكون مما يأتي:[٣]
بطارية كهربائية تُستخدم كمصدر للتيار الكهربائي وبالتالي كمصدر للإلكترونات.
المصعد والمهبط؛ وهما قطبان كهربائيّان خاملان لا يدخلان في التفاعل ووظيفتها هي نقل التيار؛ حيث أنّ المصعد يوصل بالقطب الموجب للبطارية ويحدث عنده نصف تفاعل الأكسدة، وأما المهبط فإنّه يوصل بالقطب السالب للبطارية ويحدث عنده نصف تفاعل الاختزال، وفيما يأتي التفاعلات التي تحدث في خلية التحليل الكهربائي لمصهور كلوريد الصوديوم؛ حيث أن Na يمثل الصوديوم، Cl يمثل الكلور، و e يمثل الإلكترون:
التفاعل الكلي للخلية: 2NaCl → 2Na + Cl2
نصف تفاعل الأكسدة: -2Cl- → Cl2 + 2e
نصف تفاعل الاختزال: 2Na+ + 2e- → 2Na
محلول كهرلي وهو مصهور كلوريد الصوديوم، يستخدم أيضًا لنقل التيار، لذلك لا يجوز استخدامه في حالته الصلبة.
خلال عملية الكهرلة، تقوم البطارية بإنتاج تيار كهربائي يحمل الإلكترونات إلى المهبط لتعطيه شحنةً سالبةً تجذب أيونات الصوديوم الموجبة التي تكسب هذه الإلكترونات وتُختزل لتنتج الصوديوم Na بحالته السائلة والذي يطفو بعد ذلك على سطح المصهور ثم يستخلص ليتم استخدامه في الصناعات المختلفة، وفي الوقت ذاته تتجه أيونات الكلور السالبة إلى المصعد ذو الشحنة الموجبة وتفقد إلكتروناتها وبذلك تتأكسد لتنتج غاز الكلور Cl2. [٢]
تطبيقات لعملية التحليل الكهربائي
تستخدم عملية التحليل الكهربائي بشكل موسّع في الصناعات التّعدينيّة، كاستنباط المعادن وتنقيتها من المركبات الخام وفي ترسيبها أيضًا من المحاليل المعدنية وليس من المصاهير فقط، ولكنّ النواتج عادةً ما تكون مختلفةً بين تحليل المصهور والمحلول، فعملية التحليل الكهربائي لمصهور كلوريد الصوديوم تُنتج غاز الكلور ومعدن الصوديوم النقي، أما في حالة كهرلة المحلول المائي لكلوريد الصوديوم فإنّ الناتج هو هيدروكسيد الصوديوم وغاز الكلور لأنّ الماء أيضًا يدخل في التفاعل [١]، ولذلك فإنّ تطبيقات الكهرلة كثيرة، ومنها:[٤]
تنقية المعادن: فالنحاس مثلًا يُنقّى عن طريق التحليل الكهربائي ليتم استخدامه لاحقًا في التطبيقات التي تتطلّب موصليّة كهربائية عالية، بحيث يكون المهبط في خلية التحليل عبارةً عن قطعة نحاسية نقية ويكون المصعد قطعة نحاسية غير نقية، وبذلك تنتقل أيونات النحاس إلى المهبط وتُختزل هنالك لتتحول إلى نحاس نقي.
التصنيع الكهربائي: وهي طريقة تستخدم تفاعلات التحليل الكهربائي لتصنيع منتجات معينة، فعلى سبيل المثال يُحلّل أكسيد المنغنيز MnO2 ليستخدم في تصنيع البطاريات القلوية.
عملية الكلورالقلوي: هي عملية تحليل لمياه البحار والتي تؤدي إلى إنتاج غاز الكلور وغاز الهيدروجين و هيدروكسيد الصوديوم.