التحليل الكهربائي للماء المقطر

يعتمد العالم اليوم على الوقود الأحفوري كمصدر رئيس للطاقة، إلا أن هذا المصدر أصبح ذو تكلفة عالية وأقل وفرة، ولذلك لجأ العلماء إلى البحث عن مصدر بديل للطاقة، واتجهت أنظار العلماء للهيدروجين الذي يعتبر مصدرًا مثاليًا لأنه لا يعتبر من مصادر تلوث الهواء عندما يحترق، إلا أن المشكلة تتمثل في كيفية توليد الهيدروجين بشكل اقتصادي، ووجد العلماء أن التحليل الكهربائي للماء المقطر والمالح قد تكون مناسبة، وعلى الرغم من أن التقنية ما زالت قيد الدراسة إلا أنها تعتبر مصدرً مهمًا للطاقة في المستقبل.[١]
التحليل الكهربائي للماء المقطر
يعرف التحليل الكهربائي بأنه العملية الكيميائية الي يتم فيها استخدام تيار كهربائي لتحفيز تفاعلات غير تلقائية، أي أن هذه العملية لن تحدث بشكل تلقائي، وإنما تحتاج إلى طاقة خارجية لتحدث، ويستخدم التحليل الكهربائي في تنقية المعادن وتحليل المركبات مثل الماء[٢]، وعليه فإن التحليل الكهربائي للماء المقطر هو عملية تحليل الماء إلى غاز الأكسجين والهيدروجين بفعل مرور تيار كهربائي عبر الماء، وهذا يتطلب فرق جهد يبلغ 1.23 فولت لتقسيم الماء،[٣] يتم تنفيذ هذه العملية في خلية تسمى بخلية التحليل الكهربائي والتي تتكون من:
زوج من الأقطاب الكهربائية: أحدها يسمى الكاثود حيث يتم الحصول على أيونات الهيدروجين وغاز الأكسجين عنده، وغاز الهيدروجين وأيونات الهيدروكسيد على القطب الأخر والذي يسمى الأنود، يمكن أن يصنع هذان القطبان من مواد مثل النحاس والفضة والزنك التي تشارك في التفاعل الكيميائي وتسمى بالأقطاب النشطة، ويمكن أيضًا أن تكون مصنوعة من مواد خاملة كيميائيًا مثل الجرافيت أو السيليكون أو البلاتين، في خلية التحليل الكهربائي، حيث يحمل الكاثود شحنة سالبًة ويحمل الأنود شحنة موجوبة[٤]، تتم التفاعلات وفقًا للمعادلات التاليه:[١]
-2H2O → O2 + 4H+ + 4e الكاثود
2H2O + 2e- → 2OH- + H2 الأنود
2H2O → 2H2 + O2 التفاعل كاملًا
ماء مضاف إليه كمية صغيرة من الإلكتروليت: الذي يعتبر ضروريًا لأن الماء النقي لا يحمل شحنة كافية بسبب نقص الأيونات، [١]ويعتبر محلول الإلكتروليت موصلًا للكهرباء لأنه يحتوي على أيونات مذابة تتمتع بحرية الحركة في جميع أنحاء المحلول.[٤]
مصدر للجهد الكهربائي: يتم توصيل الكاثود والأنود في خلية التحليل الكهربائي بمصدر للطاقة الكهربائية، مثل البطارية التي تعمل على دفع الإلكترونات إلى الكاثود فيكتسب شحنة سالبة في حين يتم سحب الإلكترونات من الأنود فيكتسب شحنة موجوبة.[٤]
العوامل التي يعتمد عليها التحليل الكهربائي للماء المقطر
تعتمد سرعة التحليل الكهربائي بشكل أساسي على عدة عوامل منها: القيمة الإجمالية للتيار الكهربائي الذي يمر عبر المياه، ويمكن ذلك ببساطة عن طريق زيادة الجهد لفرض مزيد من التيار إلا أنه يمكن أن يسبب التآكل المبكر على القضيب الكهربائي، مساحة سطح أقطاب الكهربائية، وكذلك المسافة بينهما فكلما كانت أكبر كان ذلك أفضل ويمكن ذلك من إما عن طريق صنع أقطاب كهربائية أكبر أو باستخدام عدد منها والموصلية للمادة المحلولة في الماء.[٥]