الکترولیز چیست؟

الکترولیز یک واکنش شیمیایی با نیروی الکتریکی است که کاربردهای وسیعی هم در آزمایشگاه و هم در محیط های صنعتی دارد.

بسیاری از شرکت های تولید کننده مواد شیمیایی از الکترولیز استفاده می کنند، و در این مقاله، مفاهیم اساسی، کاربردهای رایج و نگرانی های ایمنی آن را پوشش خواهیم داد.

نکات کلیدی

• الکترولیز یک نوع واکنش غیر خود به خودی از اکسیداسیون – کاهش است
• راه اندازی اولیه الکترولیز شامل یک آند و کاتد غوطه ور در یک الکترولیت است
• یک واکنش اکسیداسیون (از دست دادن الکترون) در آند رخ می دهد، در حالی که یک واکنش کاهش (به دست آوردن الکترون) در کاتد رخ می دهد.
• از الکترولیز می توان در کاربردهای مختلفی مانند آبکاری و استخراج گازها از آب استفاده کرد
• اقدامات احتیاطی وجود دارد که باید رعایت شود، از جمله جلوگیری از برق گرفتگی
• برخی از مسائل زیست محیطی باید مورد توجه قرار گیرد، به ویژه در الکترولیز در مقیاس صنعتی

آشنایی با اصول الکترولیز

الکترولیز یک واکنش اکسیداسیون-کاهشی غیر خود به خودی است. این شامل یک منبع برق DC است که باعث واکنش ردوکس در الکترودها می شود که در محلول الکترولیت غوطه ور می شوند.

الکترون ها از آند (الکترود مثبت) به کاتد (الکترود منفی) حرکت می کنند. این بدان معنی است که واکنش اکسیداسیون، که از دست دادن الکترون است، در آند اتفاق می افتد. در همین حال، واکنش کاهش، که افزایش الکترون ها است، در کاتد اتفاق می افتد.

بسته به هدف، انواع مختلفی از محلول ها و الکترودهای الکترولیت را می توان در الکترولیز استفاده کرد. با این حال، همیشه برخی از “محصولات زائد” وجود خواهد داشت حتی اگر فقط قصد استخراج مواد خاصی مانند هیدروژن و اکسیژن را داشته باشید.

به عنوان مثال، در الکترولیز آب برای تقسیم آن به هیدروژن و اکسیژن، ممکن است برخی از مواد شیمیایی ناخواسته در محلول تشکیل شود. به عنوان مثال، اگر از محلول الکترولیت نمک خوراکی (کلرید سدیم) استفاده می کنید، هیدروکسید سدیم از یون های سدیم با بار مثبت و یون های هیدروکسید با بار منفی تشکیل می شود.

تعریف الکترولیز

در شیمی و در صنایع، الکترولیز به عنوان استفاده از نیروی الکتریکی جریان مستقیم (DC) برای القای یک واکنش شیمیایی غیر خود به خود، به ویژه یک واکنش اکسیداسیون – کاهش تعریف می شود. این شامل الکترودها، محلول الکترولیت و منبع انرژی الکتریکی است.

کاربردهای رایج الکترولیز

الکترولیز معمولاً در کاربردهای مختلف صنعتی، به ویژه در مورد فلزات و متالورژی استفاده می شود. با توجه به رسانایی الکتریکی فلزات که نمک هایی را نیز تشکیل می دهند که رسانای الکتریکی نیز هستند، تعجب آور نیست.

در اینجا برخی از کاربردهای رایج الکترولیز آورده شده است:

• آبکاری با فلزات: این در صنعت جواهرات رایج است که در آن فلزات ارزان قیمت مانند برنج و فولاد با روکش طلا روکش شده اند. همچنین در محافظت از فلزات در صنعت خودروسازی مانند اجزای خودروهای روکش کروم استفاده می شود.

الکترولیز در آزمایشگاه شیمیایی

• پالایش الکتریکی فلزات : فلزات گرانبها مانند طلا و نقره را می توان از طریق الکترولیز خالص تر کرد. به همین ترتیب، سایر فلزات مهم مانند مس نیز می توانند از این طریق خالص شوند.
• استخراج فلزات: فلزات معمولاً از سنگ معدن معدنی از طریق حرارت دادن و با استفاده از حلال استخراج می شوند. با این حال، استخراج فلزات از ترکیبات نیز می تواند از طریق الکترولیز انجام شود.
• احیای الکترولیتی فلزات از ترکیبات آنها: فلزات را می توان مستقیماً از طریق الکترولیز یا طی چندین مرحله از ترکیبات آنها استخراج کرد. به عنوان مثال، بلورهای سیاه براق اکسید نقره (III) شبکه  (Ag2O3) را می توان از نیترات نقره احیا کرد و سپس برای استخراج نقره بیشتر پردازش کرد.
• تمیز کردن فلز: زنگ زدگی یا اکسیداسیون سطوح فلزی را می توان از طریق فرآیند الکترولیز کاهش داد.

الکترولیز در زندگی روزمره

جدا از کاربردهای صنعتی و آزمایشگاهی، کاربردهای الکترولیز در زندگی روزمره نیز وجود دارد.

یکی از این موارد حذف دائمی موهای بدن برای اهداف زیبایی است. فولیکول های مو را می توان با قرار دادن الکترود زیر پوست و اعمال برق از بین برد.

مزایای الکترولیز

همانطور که قبلاً اشاره کردیم، بزرگترین مزایای الکترولیز در کاربردهای بزرگ در صنعت است.

الکترولیز در تولید محلول های شیمیایی سفارشی و سایر محصولات استفاده می شود و همچنین مرحله ای در تولید انرژی است. در طی این فرآیند، مقادیر زیادی هیدروژن را می توان از طریق فرآیند الکترولیز از آب استخراج کرد و سپس می توان از آن به عنوان سوخت استفاده کرد.

این فرآیند همچنین کاربردهای پوستی در از بین بردن موهای ناخواسته، زگیل و خال دارد. همچنین می توان از الکترولیز برای جلوگیری از خونریزی رگ های خونی کوچک از طریق کوتر الکتریکی استفاده کرد.

نکات منفی الکترولیز

نگرانی اصلی در مورد استفاده از الکترولیز در مقیاس صنعتی، تأثیرات زیست محیطی آن است. آلاینده‌ها تولید می‌کند و مقادیر زیادی انرژی مصرف می‌کند – در زیر در این مورد بیشتر توضیح می‌دهیم.

نگرانی های ایمنی پیرامون الکترولیز

نگرانی های ایمنی اصلی در مورد الکترولیز، به ویژه در مقیاس صنعتی، هم ایمنی شخصی و هم مسائل زیست محیطی را شامل می شود.

در یک محیط صنعتی، به طور بالقوه می تواند باعث برق گرفتگی، صدمات ناشی از گرما یا مواد شیمیایی خورنده تولید شده و سمیت احتمالی شود.

در همین حال، محصولات جانبی ناخواسته می توانند آلودگی را تشدید کنند. همچنین انرژی مورد نیاز در الکترولیز در مقیاس صنعتی بسیار زیاد است که به ردپای کربن کلی شما کمک می کند.

اقدامات احتیاطی ایمنی الکترولیز

شرکت ها پروتکل های ایمنی دارند که باید در طول فرآیند الکترولیز رعایت شوند، مانند پوشیدن لباس های محافظ. مراحل صحیح و روش های ایمنی باید به دقت رعایت شود، مانند هنگام آبکاری فلزات.

نتیجه گیری

الکترولیز نوعی واکنش شیمیایی است که توسط جریان انرژی الکتریکی القا می شود. منبع تغذیه برق جریان مستقیم تولید می کند. در طول فرآیند، حداقل دو الکترود در یک محلول الکترولیت غوطه ور می شوند. این الکترون ها از آند به کاتد حرکت می کنند. یک واکنش اکسیداسیون در آند و یک واکنش کاهش در کاتد انجام می شود. الکترولیز کاربردهای گسترده ای دارد. اینها شامل کاربردهای صنعتی، پوستی و پزشکی است. تنظیم ممکن است در اندازه، هدف و طراحی متفاوت باشد، اما همان اصول اولیه اعمال می شود.