كيفية استخلاص النحاس بالتحليل الكهربائي

عندما يسري تيار كهربائي عبر محلول، ويتم إدخال قطبين في المحلول كلاهما متصل بالبطارية أو مصدر الشحن، يسمى القطب الموجب بالآنود، ويسمى القطب السالب بالكاثود، حيث ترسل البطارية شحنة إلى الأقطاب الكهربائية، بطريقة أكثر تقليدية تتضمن إلكترونات تتحرك عبر مادة موصلة صلبة، وتصبح مصدرًا متميزًا للشحنات عبر المحلول، مما ينتج مجالًا كهربائيًا، كما يتضح في كيفية استخلاص النحاس بالتحليل الكهربائي الذي سيتم إيضاحه في الفقرة الآتية، حيث تستجيب الأيونات الموجودة في المحلول لهذا المجال الكهربائي وفقًا لشحنتها، وتنجذب الأيونات الموجبة، إلى الكاثود، بينما تنجذب الأيونات السالبة، إلى الآنود، وتعدّ حركة الجسيمات المشحونة بمثابة تيار كهربائي، لأن التيار الكهربائي في حقيقته ما هو إلا حركة شحنات.[١]
كيفية استخلاص النحاس بالتحليل الكهربائي
كيفية استخلاص النحاس بالتحليل الكهربائي عملية شائعة، ويحتوي التحليل الكهربائي بالأساس على ثلاثة مكونات هي الكاثود، والأنود، ومحلول الإلكتروليت، وفي حالة استخلاص النحاس بالتحليل الكهربائي ، فالأنود هنا هو النحاس Cu، والكاثود يمكن أن يكون النحاس Cu أو الجرافيت، ومحلول كبريتات النحاس CuSO4 الأزرق ينقسم لإعطاء أيونات النحاس وأيونات الكبريتات + Cu2 و SO42، ولكي يتم استخلاص النحاس بالتحليل الكهربائي يتم تمرير الكهرباء باستخدام الإلكترود، حيث تذهب الكاتيونات إلى الكاثود، والأنيونات تذهب إلى الأنود، لذلك يتم اختزال أيونات النحاس+ Cu2 ليشكل نحاس معدني Cu، ويتم ترسبه هناك عند الأنود، لكن بما أن احتمالية الاختزالية القياسية لأيونات الكبريتات SO4 تكون أعلى ويكون التفاعل كالآتي:
Cu = Cu2 + + 2e
ويتأكسد النحاس المعدني من الأنود، ويصبح في هيئة أيونات موجبة + Cu2، وبالتالي، فإن أيون النحاس + Cu2 في المحلول يبقى كما هو، ويتم استخلاص النحاس بالتحليل الكهربائي على الكاثود، وهذه الطريقة ينتهي بها المطاف في تنقية أنود النحاس إلى النحاس المعدني النقي في الكاثود كطريقة مثالية تشرح كيفية استخلاص النحاس بالتحليل الكهربائي، ونظرًا لعدم استنفاد أيونات النحاس + Cu2 في المحلول، يظل المحلول نفسه أزرقًا أيضًا، وهذه صفة مميزة لتوضيح كيفية استخلاص النحاس بالتحليل الكهربائي.[٢]
معدن النحاس
يوجد معظم النحاس في الخامات، ويجب صهره أو استخراجه من الخامات لتنقيته قبل استخدامه، لكن التفاعلات الكيميائية الطبيعية يمكنها أحيانًا إطلاق النحاس الأصلي، ويصنع البشر أشياء من النحاس منذ ما لا يقل عن 8000 عام، وتوصلوا إلى كيفية صهر معدن النحاس بنحو 4500 قبل الميلاد، وكانت القفزة التكنولوجية بعد ذلك هي صناعة السبائك النحاسية عن طريق إضافة القصدير إلى النحاس، وإضافة لذلك يتم رش القطع الأثرية النحاسية عبر السجل التاريخي، فقد اكتشف علماء الآثار أداة نحاسية صغيرة يرجع تاريخها إلى 5100 قبل الميلاد، ويستخدم الناس السبائك النحاسية لصنع المجوهرات، ولقد تم العثور على مناجم ضخمة للنحاس تعود إلى القرن العاشر قبل الميلاد، وقد تم العثور على حوالي ثلثي النحاس على الأرض في الصخور البركانية، وحوالي ربعها في الصخور الرسوبية، ومعدن النحاس بطبيعته هو معدن مرن، ويوصل الحرارة والكهرباء جيدًا، ويتحول النحاس إلى اللون الأخضر بسبب تفاعل الأكسدة؛ أي أنه يفقد الإلكترونات عندما يتعرض للماء والهواء، ورد فعل الأكسدة هذا هو السبب في أن تمثال الحرية المطلي بالنحاس أخضر وليس أحمر برتقالي.[٣]