التحليل الكهربائي هو عملية أساسية في الكيمياء الكهربائية حيث يتم استخدام الطاقة الكهربائية لدفع تفاعل كيميائي غير عفوي. تتضمن هذه العملية استخدام المنحل بالكهرباء، وهو مادة تحتوي على أيونات حرة ويمكن أن تتحلل بالكهرباء. للتحليل الكهربائي مجموعة واسعة من التطبيقات في مختلف الصناعات، بدءًا من إنتاج المعادن والغازات وحتى معالجة مياه الصرف الصحي.
يعد استخراج المعادن من خاماتها وتكرير المعادن غير النقية من التطبيقات الهامة للتحليل الكهربائي. في التحليل الكهربائي، يتم تمرير تيار مباشر (DC) من خلال المنحل بالكهرباء، مما يتسبب في تحرك الأيونات نحو الأقطاب الكهربائية والخضوع لتفاعلات الاختزال أو الأكسدة.
على سبيل المثال، عند استخلاص الألومنيوم من خام البوكسيت، يتم تحويل الخام أولاً إلى أكسيد الألومنيوم ( \(Al_{2}O_{3}\) ). يتم بعد ذلك إذابة أكسيد الألومنيوم في الكريوليت المنصهر ( \(Na_{3}AlF_{6}\) ) مما يقلل من درجة انصهار الخليط ويزيد من موصليته. تتكون الخلية الإلكتروليتية من أقطاب الكربون، حيث يتم اختزال الألومنيوم عند الكاثود لتكوين معدن الألومنيوم النقي، ويتم إنتاج الأكسجين عند الأنود.
الطلاء الكهربائي هو عملية يتم فيها ترسيب طبقة رقيقة من المعدن على سطح المادة. تستخدم هذه الطريقة على نطاق واسع لأغراض الديكور والحماية من التآكل وتحسين خصائص سطح الأشياء. يعمل الجسم المراد طلاءه ككاثود، ويستخدم المعدن المراد ترسيبه كقطب موجب. يحتوي محلول الإلكتروليت على أيونات المعدن المراد طلاءه. عند توصيل الكهرباء، تقل الأيونات المعدنية من المحلول وتترسب على سطح الكاثود، لتشكل طبقة معدنية رقيقة.
يستخدم التحليل الكهربائي أيضًا في إنتاج الغازات مثل الهيدروجين والأكسجين. عندما يتعرض الماء ( \(H_{2}O\) ) للتحليل الكهربائي، فإنه يتحلل إلى غاز الهيدروجين ( \(H_{2}\) ) عند الكاثود والأكسجين ( \(O_{2}\) ) غاز عند الكاثود الأنود. ويمكن تمثيل هذه العملية بالمعادلة:
\(2H_{2}O(l) \rightarrow 2H_{2}(g) + O_{2}(g)\)تعتبر هذه الطريقة مهمة بشكل خاص لإنتاج الهيدروجين عالي النقاء للاستخدام الصناعي، كما هو الحال في الصناعات البترولية والكيميائية.
يمكن تطبيق التحليل الكهربائي في معالجة مياه الصرف الصحي لإزالة الملوثات. تتضمن العملية، المعروفة باسم التخثير الكهربي، تمرير تيار كهربائي عبر مياه الصرف الصحي، مما يتسبب في تخثر الملوثات وإزالتها لاحقًا من الماء. إنها طريقة فعالة لمعالجة مياه الصرف الصحي الصناعية والبلدية.
تقوم البطاريات بتخزين الطاقة الكهربائية على شكل طاقة كيميائية، والتي يمكن إطلاقها عند الحاجة. تتضمن عملية إعادة شحن البطارية عكس التفاعلات الكيميائية التي تحدث أثناء استخدامها، ويتم ذلك من خلال التحليل الكهربائي. على سبيل المثال، في بطاريات الرصاص الحمضية، تقوم عملية إعادة الشحن بتحويل كبريتات الرصاص والماء مرة أخرى إلى ثاني أكسيد الرصاص والرصاص وحمض الكبريتيك، مما يستعيد التركيب الأصلي للبطارية وقدرتها على إنتاج الكهرباء.
يستخدم التحليل الكهربائي في تركيب العديد من المركبات الكيميائية الهامة. أحد الأمثلة البارزة هو عملية الكلور القلوي، حيث يتم التحليل الكهربائي للمحلول الملحي (محلول كلوريد الصوديوم) لإنتاج غاز الكلور، وهيدروكسيد الصوديوم، وغاز الهيدروجين. تعتبر هذه العملية حيوية لإنتاج هذه المواد الكيميائية، والتي لها تطبيقات عديدة في صناعات مثل صناعة النسيج والورق والمنظفات.
\(2NaCl(aq) + 2H_{2}O(l) \rightarrow Cl_{2}(g) + H_{2}(g) + 2NaOH(aq)\)التحليل الكهربائي هو عملية متعددة الاستخدامات ولها تطبيقات واسعة النطاق في استخراج المعادن، والطلاء الكهربائي، وإنتاج الغازات، ومعالجة مياه الصرف الصحي، وإعادة شحن البطاريات، والتخليق الكيميائي. إن قدرتها على قيادة التفاعلات الكيميائية غير التلقائية باستخدام الطاقة الكهربائية تجعلها لا تقدر بثمن في كل من العمليات الصناعية والبحث العلمي. يساهم فهم مبادئ وتطبيقات التحليل الكهربائي في الابتكارات في مجال الطاقة وعلوم المواد وحماية البيئة.
