الكيمياء الكهربائية

الكيمياء الكهربائية Electrochemistry

الفرع الثاني :

الحصول على طاقة كهربائية من تفاعلات كيميائية تحدث تلقائياً :

تلعب الكيمياء الكهربائية دوراً أساسياً في حياتنا اليومية ، فمن تطبيقاتها المشهورة البطاريات الجافة التي نستخدمها في الآلات الحاسبة وفي بعض ألعاب الأطفال ، وفي المصابيح اليدوية وفي أجهزة التحكم عن بعد Remote Control . ومنها أيضاً بطاريات تشغيل السيارات وفيها جميعاً تستخدم التفاعلات الكيميائية في الحصول على تيار كهربائي مباشر ، وغني عن البيان أن المصانع تُقام لإنتاج البطاريات الجافة وبطاريات السيارات .

- الخلايا الجلفانية Galvanic Cells :

تسمية هذه الخلايا منسوبة إلى العالم الإيطالي لويجي جلفاني ، في هذا النوع من الخلايا نستخدم تفاعلات أكسدة واختزال تحدث تلقائياً لإنتاج تيار كهربائي مباشر . من الأمثلة على تفاعلات الأكسدة والاختزال التلقائية (تحدث آنياً دون الحاجة لأي طاقة أو عامل مساعد خارجي) تفاعل فلز الخارصين مع محلول كبريتات النحاس . عند غمر قطعة من فلز الخارصين في محلول كبريتات النحاس نلاحظ مباشرة بدء تكون راسب اسفنجي لونه مائل إلى البني على قطعة الخارصين ، كما نلاحظ بدء اختفاء اللون الأزرق لمحلول كبريتات النحاس وتحوله في النهاية إلى محلول شفاف .

يُمكننا التعبير عما يحدث بنصفي التفاعلين التاليين :

نصف تفاعل الاختزال : Cu_aq.²⁺ + 2e^- → Cu_(s)

أيون النحاس Cu²⁺ الموجود في محلول كبريتات النحاس لونه أزرق وهو الذي يكسب المحلول لونه الأزرق . أما راسب فلز النحاس فيظهر على شكل راسب اسفنجي أقرب إلى اللون البني .

نصف تفاعل الأكسدة : Zn_(s) → Zn²⁺ + 2e^-

يتحول الخارصين من الحالة الصلبة إلى الحالة الأيونية الذوابة وأيون الخارصين Zn_aq.²⁺ عديم اللون لذلك يتحول المحلول من الأزرق إلى عديم اللون لأنه يتكون من أيونين عديمي اللون هما Zn_aq.²⁺ ، SO₄^2-_aq. .

ما دام نصفا هذين التفاعلين يحدثان في وعاء واحد فإن الالكترونات من الجزيئات المانحة تقفز في مسافة محدودة منتجة تياراً كهربائياً داخلياً يحدث تغيرات حرارية في وسط التفاعل . والسؤال الآن ما هي التعديلات التي يمكن أن نجريها على تجربتنا حتى نحصل على تيار كهربائي خارجي يمكننا أن نكشف عنه بجهاز كهربائي يحس بمرور التيار الكهربائي فيه مهما كان صغيراً .

يُمكننا ذلك عن طريق فصل المحلولين بوضعهما كل في وعاء مستقل ثم نصل بينهما بقنطرة ملحية من محلول ملح KCl مثلاً . أما القطبان فيمكن وصلهما بأسلاك نحاسية والشكل يوضح ذلك .

شكل

اكتبوا لنا ملاحظاتكم واستفساراتكم

تحرير : المدرسة العربية www.schoolarabia.net

اعداد : أ. سليم حمام