تحليل الماء كهربائياً هو عملية فصل الماء (H₂O) إلى مكوناته الأساسية : الهيدروجين (H₂) والأكسجين (O₂) باستخدام الكهرباء. ويتم ذلك عن طريق تمرير تيار كهربائي مستمر عبر الماء المحتوي على إلكتروليت، مثل حمض الكبريتيك أو هيدروكسيد الصوديوم، لزيادة توصيليته الكهربائية.

آلية العملية:

1-الإلكتروليت: يُضاف الإلكتروليت إلى الماء لزيادة قدرته على توصيل التيار الكهربائي، لأن الماء النقي موصل ضعيف للكهرباء. الأيونات الموجودة في الإلكتروليت تسمح بتدفق الشحنات الكهربائية.

2-الأقطاب الكهربائية: يُغمر قطبان كهربائيان (مصنوعان عادة من مواد خاملة مثل البلاتين أو الجرافيت) في محلول الماء والإلكتروليت. يُوصل القطب الموجب (الأنود) بالقطب الموجب للمصدر الكهربائي، بينما يُوصل القطب السالب (الكاثود) بالقطب السالب للمصدر.

3-التفاعلات الكيميائية: عندما يمر التيار الكهربائي عبر المحلول، تحدث تفاعلات الأكسدة والاختزال عند كل قطب:

*

الأنود (الأكسدة):

يفقد جزيئات الماء إلكترونات ويتحول الأكسجين إلى غاز أكسجين: 2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e⁻

*

الكاثود (الاختزال):

تكتسب أيونات الهيدروجين إلكترونات من الكاثود وتتحول إلى غاز هيدروجين: 4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂

4-نتائج العملية: نتيجة لهذه التفاعلات، يتحرر غاز الأكسجين عند الأنود، وغاز الهيدروجين عند الكاثود. يكون حجم غاز الهيدروجين ضعف حجم غاز الأكسجين، وهذا يتوافق مع النسبة الذرية في جزيء الماء (H₂O).

العوامل المؤثرة على كفاءة التحليل الكهربائي للماء:

*

نوع الإلكتروليت:

يؤثر نوع الإلكتروليت على توصيلية المحلول وبالتالي على كفاءة العملية.

*

تركيز الإلكتروليت:

يؤثر تركيز الإلكتروليت على توصيلية المحلول، فزيادة التركيز تزيد من التوصيلية حتى حد معين.

*

الجهد الكهربائي:

يؤثر الجهد الكهربائي على معدل إنتاج الغازات.

*

مساحة سطح الأقطاب:

يزيد زيادة مساحة سطح الأقطاب من مساحة التفاعل وبالتالي يزيد من كفاءة العملية.

*

درجة الحرارة:

يزيد ارتفاع درجة الحرارة من سرعة التفاعل.

تطبيقات تحليل الماء كهربائياً:

*

إنتاج الهيدروجين:

يستخدم الهيدروجين الناتج كوقود نظيف في خلايا الوقود.

*

إنتاج الأكسجين:

يستخدم الأكسجين الناتج في العديد من الصناعات، مثل الطب والفضاء.

*

إنتاج الماء الثقيل:

يمكن استخدام هذه الطريقة في فصل نظائر الهيدروجين المختلفة.

*

التحليل الكيميائي:

يمكن استخدام هذه الطريقة لتحديد تركيب بعض المركبات الكيميائية.


باختصار، تحليل الماء كهربائياً عملية مهمة ذات تطبيقات واسعة النطاق في مختلف المجالات.