الکترولیز یا برقکافت
الکترولیز چیست؟
الکترولیز فرآیندی است که انرژی الکتریکی را به انرژی شیمیایی تبدیل می کند. در واقع به تجزیه مواد به وسیله الکتریسیته، الکترولیز می گویند. برق کافت یا الکترولیز در شیمی و صنعت، شیوه جداسازی عنصرها و ترکیب هایی است که با پیوند شیمیایی با هم پیوند دارند. این جداسازی با گذراندن یک جریان الکتریکی از میان این مواد صورت می گیرد. الکترولیز فقط در مایعات انجام می شود که به آن الکترولیت می گویند.
الکترولیت چیست؟
ماده حل شده یک محلول آبی که رسانایی الکتریکی آن بیش از آب خالص است، الکترولیت نامیده می شود. یک الکترولیت به طور کامل یا به طور جزئی در آب یونیده می شود. به عبارت دیگر الکترولیت ها مایعاتی (مواد مذاب یا محلول) هستند که در اثر عبور جریان الکتریسیته تجزیه می شوند.
رسانش الکترولیتی
رسانایی الکترولیتی هنگامی صورت می گیرد که یونهای الکترولیت بتوانند آزادانه حرکت کنند، چون در این مورد ، یونها هستند که بار الکتریکی را حمل می کنند. به همین دلیل است که رسانش الکترولیتی ، اساسا توسط نمکهای مذاب و محلولهای آبی الکترولیتها صورت می گیرد. علاوه بر این ، برای تداوم جریان در یک رسانای الکترولیتی ، لازم است که حرکت یونها با تغییر شیمیایی همراه باشد.
رسانش الکترولیتی
در رسانش الکترولیتی ، بار الکتریکی بوسیله کاتیونها که به طرف کاتد و بوسیله آنیونها که در جهت عکس ، به طرف آند حرکت می کنند، حمل می شود. برای آنکه یک مدار کامل تشکیل شود، حرکت یونها باید با واکنشهای الکترودی همراه باشد. در کاتد ، اجزای شیمیایی معینی ( که لازم نیست حتما حامل بار باشند ) باید الکترونها را بپذیرند و کاهیده شوند و در آند ، الکترونها باید از اجزای شیمیایی معینی جدا شده ، در نتیجه آن اجزا اکسید شوند.
رسانش الکترولیتی
واکنش های شیمیایی درزندگی روزانه ما بسیار ضروری می باشند. خیلی از فرآیندهای صنعتی مانند تولید مواد مختلف با واکنش های اکسایش- کاهشی در ارتباط هستند. این دسته از واکنش ها که نقش بسیار مهمی درمحدوده واکنش های شیمیایی در یک مسیر معین ایفا می کنند، همواره با نقل و انتقال الکترون در ارتباط می باشند. واکنشی که در آن الکترون دریافت می شود و ماده مورد نظر( عامل اکسنده ) کاهیده می شود واکنش کاهشی نام دارد.
همین طور واکنشی که درآن الکترون از دست داده می شود تا واکنش دهنده ( عامل کاهنده ) اکسید گردد و محصول مورد نظر تولید شود واکنش اکسایشی نام دارد.
رسانش الکترولیتی
کاتیون
می دانیم که یون های فلزی مثبت هستند و بار منفی را به سمت خود جذب می کنند و همیشه توسط الکترود منفی کاتد جذب می شوند. به همین دلیل به این یون ها، کاتیون می گویند.
آنیون
یون های منفی که جذب الکترود مثبت آند می شوند، آنیون نامیده می شوند.
خالص سازی مس
سیم های فلزی از جنس مس هستند.
مس یک رسانای عالی برای جریان برق است. برای این منظور مس باید بسیار خالص باشد.
ّ مس استخراج شده از سنگ معدن به حدی خالص نیست که بتوان از آن در ساخت سیم های الکتریکی استفاده کرد. این مس را می توان به وسیله الکترولیز خالص تر کرد.
فلز مس
بسیار خالص
محلول حاوی
یو نهای مس
لجن آندی
حاوی فلزات
با ارزش
آند مسی ناخالص
(کوچکترمیشود)
خالص سازی مس
در صنعت از الکترودهای مسی نازک و خالص استفاده می شود.آند از مس ناخالص ساخته می شود.
•به نظر شما در هر الکترود چه واکنشی انجام می شود؟
در طول الکترولیز کاتد به آرامی بزرگتر و آندکوچکتر می شود.
ناخالص یهای موجود در آند فرو می ریزند. لجن تولید شده در پا یین آند حاوی فلزهای با ارزشی مانند طلا و نقره می باشند.
محلول حاوی
یو نهای مس
فلز مس
بسیار خالص
لجن آندی
حاوی فلزات
با ارزش
آند مسی ناخالص
(کوچکترمیشود)
استخراج مس
فلز مس با کیفیتی که در سیم های انتقال برق استفاده می شود را می توان با ذوب کردن و یا استفاده ی مجدد از آن، بازیافت کرد. برای زدودن ناخالص یهای کم موجود در فلز مس می توان آن را به عنوان آند قرار داده و الکترولیز کرد.
بسیاری از وسایل مسی کهنه، آلیاژی از چندین فلز می باشند. بازیافت این آلیاژها کار آسانی نیست. این آلیاژها ابتدا باید به اجزای سازنده شان تجزیه شده و سپس درصد فلزهای موجود در آنها انداز هگیری شود. حتی در برخی از موارد فقط آلیاژ را ذوب کرده و قال بگیری می کنند و دوباره مورد استفاده قرار می دهند.
برخی از وسایل و ابزارهای مسی مستهلک شده،قابل تبدیل به مس خالص هستند.
بازیافت مس
اگر درصد مس در آلیاژ کم باشد، نمی توان از آن به عنوان آند در جهت خالص سازی استفاده کرد. در این حالت الکترولیز انجام نمی شود. در چنین شرایطی می توان با تنظیم درصد فلزها، آلیاژمفید دیگری تهیه کرد. همچنین می توان مقداری مس خالص را به مس ناخالص افزود و آنها را به وسیله ی ذوب کردن با یکدیگر مخلوط کرد تا درصد مس افزایش یابد. البته چنین روشی هزینه ی بازیافت مس را افزایش می دهد.
برخی از وسایل و ابزارهای مسی مستهلک شده،قابل تبدیل به مس خالص هستند.
ذوب کردن سنگ معدن مس
مقداری از سنگ های معدنی مس را می توان با حرارت دادن به مس تبدیل کرد. سنگ معدن مالاشیت دارای مس کربنات است.
در حال حاضر بخش زیادی از مس را به وسیله ی ذوب کردن سنگ معدن آن تهیه می کنند.
در برخی از مناطق سنگ هایی وجود دارند که مقدار مس موجود در آنها بسیار ناچیز است و استخراج مس از آنها با استفاده از ذوب کردن سنگ معدن، ارزش اقتصادی ندارد. خوشبختانه باکتری هایی وجود دارند که می توانند از ترکیب های آهن و مس موجود در سنگ های معدنی گفته شده تغذیه کنند.
جدا سازی از سنگ معدن با استفاده از باکتر یها )پالایش زیستی(
جدا سازی از سنگ معدن با استفاده از باکتری ها )پالایش زیستی(
با ترکیبی از فرآیندهای زیستی و شیمیایی، یون های مس موجود در سنگ در سولفوریک اسید حل می شوند. سپس محلول حاوی یو نهای مس از سایر اجزای سنگ معدن جدا می شود.
می توان محلول را جمع آوری کرده و فلز مس را از آن استخراج کرد (با روش جاب هجایی و یا الکترولیز). به این ترتیب در حال حاضر می توانیم مس را از منابع جدیدی استخراج کنیم که استفاده از آنها تا پیش از این مناسب به نظر نمی رسید. در حال حاضر حدود 20 درصد از مس به روش پالایش زیستی (به وسیله باکتری ها) تولید می شود.
من عاشق این سنگ خوش مزهّ ام!
مزیت های روش پالایش زیستی
• هزینه ی پالایش زیستی پایین است. این روش نیازی به معادن روباز بزرگ نداشته و محیط زیست را نیز تهدید نمی کنند .
• همانطور که گفته شد باکتری ها می توانند مقادیر بسیار کم مس را از سنگ معدن و یا زباله ها
جدا کنند. آنها مقدار کمی انرژی مصرف می کنند و (گاز گوگرد یا اکسید ) SO2 که در فرآیند
ذوب کردن سنگ های سولفیدی (دارای گوگرد)تولید می شود را آزاد نمی کنند.
• این روش برای سنگ هایی که در روش ذوب کردن باعث آلودگی هوا می شوند، مناسب است.
به عنوان مثال سنگ معدن مس که دارای ترکیب های سمی آرسنیکی است، یکی از این موارد
می باشد.
معایب روش پالایش زیستی
• پالایش زیستی برای جدا سازی فلزهای با ارزشی مانند طلا و نقره کاربرد ندارد. در نتیجه این روش سود حاصل از تصفیه ی مس را کاهش می دهد.
• گاهی اوقات اسید استفاده شده در این روش گران قیمت است. گاهی نیز خودِ باکتر ی ها مقدار زیادی اسید تولید می کنند که خنثی کردن آن نیاز به هزینه ی زیادی دارد.
• این روش وقت گیر بوده و ممکن است استخراج %50 مس از سنگ سالها به طول بیانجامد. به همین دلیل مطالعه و تحقیق برای افزایش سرعت فعالیت باکتر یها در حال انجام است. با این وجود با کاهش منابع غنی از مس، ارزش پالایش زیستی توسط باکتری ها روز به روز افزایش می یابد.
پایان