فيديو السؤال: تفسير ضرورة أن يكون خام الألومنيوم منصهرًا أثناء التحليل الكهربي الكيمياء • الصف الثالث الثانوي

نسخة الفيديو النصية

لماذا يجب أن يصهر خام الألومنيوم قبل تحليله كهربيًّا؟

فلز الألومنيوم فلز مهم جدًّا في عالمنا المعاصر. هذا لأنه يستخدم على نطاق واسع في صناعة العديد من الأغراض بداية من المقليات وعلب المشروبات وحتى مكونات الطائرات. وبما أن الألومنيوم فلز نشط للغاية، فلا يمكن استخراجه عن طريق اختزال الخام باستخدام الكربون. وذلك لأنه عند تسخين أكسيد الألومنيوم مع الكربون في درجة حرارة عالية جدًّا، لن ينتج فلز الألومنيوم. وفي هذه الحالة، لن يحدث أي تفاعل؛ لأن الكربون ببساطة ليس عاملًا مختزلًا قويًّا بما يكفي لاختزال أكسيد الألومنيوم.

بدلًا من ذلك، لاستخراج الألومنيوم من خام الألومنيوم، علينا استخدام عملية تسمى التحليل الكهربي. التحليل الكهربي عملية كيميائية تمرر فيها الكهرباء عبر إلكتروليت؛ وهذا ما يجعله يتفكك إلى العناصر المكونة له. أثناء استخلاص الألومنيوم، تستخرج من الأرض صخور تسمى البوكسيت. البوكسيت شكل من أشكال خام الألومنيوم، وفي هذه المرحلة يكون غير نقي بدرجة كبيرة جدًّا. لذا، يجب تنقية البوكسيت كيميائيًّا قبل استخلاص أكسيد الألومنيوم منه. يعرف أكسيد الألومنيوم أيضًا باسم الألومينا. الصيغة الكيميائية للألومينا ‪Al2O3‬‏، ويكون في هذه المرحلة نقيًّا جدًّا. بعد ذلك، يوضع أكسيد الألومنيوم في خلية تحليل كهربي حيث يستخلص الألومنيوم.

تتكون خلية التحليل الكهربي من مهبط من الكربون ومصعد من الكربون. المهبط هو القطب السالب في هذه الخلية، والمصعد هو القطب الموجب. عندما تعمل الخلية، فإنها تكون مملوءة بإلكتروليت منصهر. الإلكتروليت موصل كهربي. وهو مادة تحتوي على أيونات حرة الحركة. مع استمرار عملية التحليل الكهربي، يتكون الألومنيوم المنصهر عند المهبط أو القطب السالب، ويتدفق من أسفل الخلية. تكتسب أيونات الألومنيوم الموجبة الشحنة ثلاثة إلكترونات من المهبط لتصبح ذرات ألومنيوم. يمكننا القول إن هذا تفاعل اختزال؛ لأن أيونات الألومنيوم تكتسب ثلاثة إلكترونات من المهبط هنا. وبهذا، تهبط ذرات الألومنيوم السائلة إلى قعر الخلية؛ لأنها تكون أكثر كثافة من الإلكتروليت المنصهر المحيط بها.

يحتوي الإلكتروليت المنصهر أيضًا على أيونات الأكسيد، وهي أيونات سالبة الشحنة. تصل أيونات الأكسيد إلى المصعد، أو القطب الموجب، حيث تمنح إلكترونات وتتحول إلى غاز أكسجين. وبما أن أيونات الأكسيد عند المصعد تمنح إلكترونات، يمكننا القول إن ما يحدث هنا تفاعل أكسدة. وعلى الرغم من أن فقاعات غاز الأكسجين قد تكونت في البداية عند مصعد الكربون، فإنها ستتفاعل مع المصعد عند درجة حرارة الخلية، وستنتج غاز ثاني أكسيد الكربون. كما سيستهلك المصعد ببطء في هذه العملية. وبما أن المصعد والمهبط يشغلان موضعين ثابتين في خلية التحليل الكهربي هذه، فيمكننا ملاحظة أن أيونات الألومنيوم وأيونات الأكسيد يجب أن تكون حرة الحركة لكي تنجح العملية. ذلك لأن الأيونات المتحركة تسمح للشحنة بالتدفق عبر الخلية بحيث توصل الكهرباء.

إذن إجابة السؤال «لماذا يجب أن يصهر خام الألومنيوم قبل تحليله كهربيًّا؟» هي حتى يكون به أيونات متحركة. بعبارة أخرى، يحدث هذا لإعطاء أيونات الألومنيوم والأكسيد القدرة على الحركة. إذن، الإجابة الصحيحة هي لإعطاء أيونات الألومنيوم والأكسيد القدرة على الحركة.