الكيمياء التحليلية
هي فرع من فروع الكيمياء التي تهتم بدراسة وتحليل العناصر الكيميائية وقدرتها على إنتاج الكهرباء، حيث أن العديد من العناصر الكيميائية لديها خاصية التوصيل الكهربائي، فإذا استطاع أي تفاعل كيميائي على إنتاج التيار الكهربائي يسمى هذا التفاعل التفاعل الكهروكيميائي، ولقد قام العديد من العلماء بدراسة هذا النوع من الكيمياء والذي لا يقتصر على الكيمياء العضوية فقط بل التحليل الكيميائي والتحليل الكهربائي للعناصر الكيميائية، وقام العلماء بإيجاد مصطلحات مثل الأقطاب والمصاعد والمهابط، ثم في عام 1832م وضع العالم فاراداي قوانينه عن التحليل الكهربائي، وفي هذا المقال سيتم شرح بحث عن التحليل الكهربائي بالتفصيل.[١]
بحث عن التحليل الكهربائي
في بداية البحث عن التحليل الكهربائي، يجب تعريفه؛ فالتحليل الكهربائي هو نوع من أنواع الكيمياء التحليلية التي تدرس تحليل العناصر الكيميائية عن طريق قياس الجهد أو الفولتية وقياس التيار الكهربائي بالأمبير أو الموصلية في خلية كهروكيميائية تحتوي على محلول هذه العناصر الكيميائية، وهناك عدة أقسام للتحليل الكهربائي مثل قياس الجهد الكهربائي للعناصر الكيميائية وقياس اللون ومقدار تغيره مع الوقت وقياس التيار الكهربائي الذي تنتجه عناصر التحليل الكيميائي في الخلية الكهروكيميائية.[٢]
ولقياس قدرة العناصر الكيميائية على التوصيل الكهربائي تُوضع العناصر الكيميائية على أقطاب تسمى الأقطاب الكهربائية داخل وعاء يسمى الخلية الكهروكيميائية في محلول وتوصيلها بالأجهزة الكهربائية لقياس التيار الكهربائي والجهد الكهربائي الناشئ من هذه العملية، كما يمكن أيضًا قياس الموصلية للعناصر الكيميائية والقياس الكهربائي والاستقطاب والقياسات العيانية، عند قياس الجهد بين الأقطاب الكهربائية، ويجب أن يكون التيار الكهربائي ثابت أو صفر، وعند قياس التيار الكهربائي يجب تثبيت المقاييس الأخرى مثل الجهد الكهربائي، وعند قياس موصلية العناصر الكيميائية أي قدرة المحلول على تحمل التيار الكهربائي يجب الحفاظ على تيار متناوب AC بين الأقطاب الكهربائية، والقياس الكهربائي هو قياس لجاذبية العناصر الكيميائية للقطب المخالف لشحنته، ويُقاس الاستقطاب عندما تكون الأقطاب الكهربائية سائلة، وقياس Coulometry هي قياس كمية الكهرباء بالكولوم التي يتم إنتاجها خلال التفاعل الكهروكيميائي.[٣]
ومن يبحث عن التحليل الكهربائي لا بد أن يعرف أن طريقة التحليل الكهربائي تعتمد على تدفق الإلكترونات الموجودة في العناصر الكيميائية بين الأقطاب الكهربائية والمحلول في الخلية الكهروكيميائية حيث أن وجودها في المحلول يجعلها تتحول إلى أيونات قابلة للحركة، ويجب أن يكون المحلول قادرًا على قبول إلكترون واحد أو أكثر، وتُعرف هذه العملية بالاختزال من القطب أو اكتساب واحد أو أكثر من الإلكترونات لتُعرف بالأكسدة إلى القطب، مثل عنصر الحديد 3+Fe الذي يمكن أن يُختزل إلى Fe+2 عن طريق قبول إلكترون من القطب المرجعي.[٣] وعند قياس الجهد الكهربائي يتم وضع قطب ثابت المقاييس يُستخدم كمرجع ويُسمى بالإلكترود، والقطب الثاني هو القطب المصنوع من العنصر الكيميائي الذي سيتم عمل تحليل كهربائي له، لذلك كل القياسات تكون للقطب المصنوع من العنصر الكيميائي فقط، وتكون مصنوعة بشكل حساس ودقيق لأيون عنصر الدراسة، ويحتاج التحليل الكهربائي إلى الوقت حتى يتوازن أيون العنصر الكيميائي المدروس مع المحلول في الخلية وينتقل من أو إلى القطب المرجعي وهذا كله يؤثر على دقة القياس، يستخدم البلاتين عادةً كقطب مرجعي بسبب حركات نقل الإلكترون العالية فيه، كما يمكن استخدام القطب الغشائي الزجاجي كقطب مرجعي وهو الأكثر استخدامًا.[٢] ولقياس التيار الكهربائي في الخلية بواسطة التحليل الكهربائي، يتم حسابه من خلال تطبيق قانون أوم:
الجهد = التيار * المقاومة.
وفي البحث عن التحليل الكهربائي أيضًا يتضمن حساب الموصلية من خلال حساب معكوس المقاومة، وكلما زادت موصلية العنصر الكيميائي زادت قدرته على تكوين تيار كهربائي، وفي محلول الخلية يسري التيار الكهربائي بين الأقطاب الكهربائية بواسطة الأيونات الذائبة في المحلول، وتعتمد موصلية المحلول على كمية ونوع الأيونات الموجودة فيه فالأيونات الصغيرة والموصلة تكون أفضل بكثير من الأيونات الكبيرة وغير الموصلة، كما أن حجم الأيونات مهم لعلاقته بسرعة تحرك الأيونات في المحلول، كما تُستخدم عدادات الموصلية مع أنظمة تنقية المياه مثل اللواقط أو مزيلات الأيونات للإشارة إلى وجود الأيونات في محلول الخلية.[٣]
كما يمكن قياس الاستقطاب والذي هو جزء من قياس الجهد الذي يكون فيه القطب المرجعي من الزئبق، وعندما يتغير التيار الثابت DC للقطب المرجعي مع الزمن ورسمه على المنحنى يكون هذا هو الاستقطاب للأيون المدروس، وتُعرف هذه الطريقة في التحليل الكهربائي باسم قياس جهد المسح الخطي LSV، ويتناسب زيادة التيار إلى أعلى قيمة له بزيادة الاستقطاب فالعلاقة طردية بينهما كما يتناسب مع تركيز الأيونات في المحلول داخل الخلية، ومثلما تستخدم هذه المعلومات في التحليل الكهربائي يمكن استخدامها في التحليل الكمي للعناصر الكيميائية.[٣]
ولقياس جاذبية العناصر الكيميائية للأقطاب، يتم استخدام نفس الخلية الكهروكيميائية بوجود قطب مرجعي وقطب كهربائي مصنوع من العنصر الكيميائي المطلوب وتثبيت القياسات الأخرى مثل التيار الكهربائي الثابت أو الجهد الثابت كما هو الحال في كل طرق التحليل الكهربائي الأخرى، ويتم تحليل القطب الكهربائي أثناء مرور التيار أو الجهد الكهربائي وترسيبه في المحلول أو ذوبانه، وبعد إزالة القطب المدروس بالكامل من المحلول بواسطة التفاعل الكهروكيميائي وتنظيفه وتنشيفه وتوزينه، فإن الوزن للقطب المدروس الذي تم حسابه يعبّر عن مقدار جاذبية العنصر وقدرته على توليد التيار الكهربائي، فكلما كان وزن القطب المصنوع من العنصر الكيميائي أقل كانت الجاذبية أكبر فالعلاقة عكسية مما يعني أن العنصر الكيميائي تحلل بشكل أكبر في المحلول داخل الخلية الكهروكيميائية وجاذبيته كانت أكبر للتوصيل الكهربائي فكانت قراءة التيار الكهربائي لهذا العنصر أكبر.[٣]
المراجع
- ↑ "Analytical_chemistry", www.en.wikipedia.org, Retrieved 17-07-2019. Edited.
- ^ أ ب "Electroanalytical", www.wikiwand.com, Retrieved 17-07-2019. Edited.
- ^ أ ب ت ث ج "Electroanalysis", www.britannica.com, Retrieved 17-07-2019. Edited.
