الخلايا الجلفانية
من بين الخلايا الأخرى ، الخلية الجلفانية هي نوع من الخلايا الكهروكيميائية. يتم استخدامها للتزويد بالتيار الكهربائي عن طريق نقل الإلكترونات من خلال تفاعلات الأكسدة والاختزال. تعتبر الخلية الجلفانية فكرة نموذجية عن كيفية تسخير الطاقة باستخدام تفاعلات بسيطة بين عدد قليل من العناصر المحددة. إنه لأمر مدهش دراسة كيفية إنشاء خلية جلفانية واستخدامها للحصول على الطاقة.
شرح بأبسط المصطلحات ، تعمل الخلية الجلفانية كجهاز يحدث فيه تفاعلات أكسدة واختزال متزامنة. تستخدم هذه التفاعلات لتحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية ، والتي يمكن استخدامها لأي أغراض أخرى .
عمل الخلايا الجلفانية
عمل الخلية الجلفانية بسيط للغاية. فهو يعتمد على تفاعل كيميائي يجعل الطاقة الكهربائية متاحة كنتيجة نهائية. أثناء تفاعل الأكسدة والاختزال ، تقوم الخلية الجلفانية بنقل الطاقة بين الإلكترونات لتحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية.
للخلية الجلفانية القدرة على فصل تدفق الإلكترونات في عملية الأكسدة والاختزال ، مما يتسبب في تفاعل نصف وربط كل منهما بسلك بحيث يمكن تشكيل مسار لتدفق الإلكترونات عبر هذا السلك. يسمى هذا التدفق للإلكترونات أساسًا بالتيار. يمكن جعل هذا التيار يتدفق عبر سلك لإكمال الدائرة والحصول على ناتجها في أي جهاز مثل التلفزيون أو الساعة.
يمكن صنع خلية جلفانية من أي معدنين. يمكن أن يشكل هذان المعدنان الأنود والكاثود إذا تركا على اتصال مع بعضهما البعض. هذا المزيج يسمح بالتفاعل الجلفاني لهذا المعدن الأكثر انودية. يلزم وجود دائرة توصيل للسماح بحدوث هذا التفاعل.
إعداد خلية جلفانية
من أجل إنشاء خلية جلفانية ، يجب على المرء أن يمر عبر الإعداد التالي. ستشتمل الخلية بشكل مثالي على قطبين كهربائيين. يجب أن يكون أحد هذه الأقطاب ، وهو القطب السالب ، قطبًا موجب الشحنة بينما يكون الآخر هو القطب الموجب ، القطب السالب الشحنة.
يشكل هذان القطبان المكونان الأساسيان للخلية الجلفانية. يجب أن يحدث التفاعل الكيميائي المتعلق بالاختزال عند الكاثود بينما يحدث تفاعل نصف الأكسدة عند الأنود. كما ذكرنا سابقًا ، يمكن استخدام أي معدنين لإنشاء تفاعل كيميائي.
فهم الخلية الجلفانية بمثال
لنأخذ مثالاً حيث المعدنان الداخلان في التفاعل الكيميائي هما الزنك والنحاس. عندما يحدث التفاعل الكيميائي ، سينتهي الأمر بفقدان الزنك إلكترونين. سيتم تناول هذا عن طريق النحاس ليصبح عنصر النحاس. نظرًا لأنه سيتم وضع هذين المعدنين في حاويتين منفصلتين وسيتم توصيلهما بواسطة سلك موصل ، فسيتم تكوين تيار كهربائي ، والذي سينقل جميع الإلكترونات من معدن إلى آخر.
في نفس الوقت ، يجب غمر المعدنين في محلول ملحي ، على سبيل المثال ، كبريتات الزنك وكبريتات النحاس في هذه الحالة ، لا يتم خلط المحلولين معًا بشكل مباشر ولكن يمكن التوصيل بينهما باستخدام قنطرة ملحية. يجب أن تكون هذه الوسيلة مسؤولة عن نقل الأيونات ولكن أيضًا تأكد من عدم اختلاط المحلولين مع بعضهما البعض.
خلية جلفانية
تساعد هذه القنطرة الملحية في إكمال الدائرة الكهربائية لحمل الشحنة الكهربائية ، كما يتأكد أيضًا من أن المحاليل الموجودة في الحاويات المحتوية على المعادن تظل محايدة ولا تختلط مع بعضها البعض. طالما أن القنطرة الملحية لا تتداخل مع تفاعل الأكسدة والاختزال ، الذي تحدث تحته الأكسدة والاختزال ، فلا تهم القنطرة الملحية المستخدم في التفاعل الكيميائي.
بعض المصطلحات الهامة:
يتم سرد بعض المصطلحات الهامة التي يتم وضعها قيد الاستخدام في الخلايا الجلفانية أدناه:
حدود المرحلة: يشير إلى معدنين يعملان ككاثود وأنود.
القنطرة الملحية : الجسر أو الوسيط المتصل الذي يسمح بحدوث تفاعل الأكسدة والاختزال.
الأكسدة والاختزال: العمليات الكيميائية التي تسمح للتيار الكهربائي بالتشكل والتدفق عبر خلية جلفانية.
أمثلة محلولة لك
سؤال: في الخلية الجلفانية ، ماذا سيحدث إذا لم يتم استخدام قنطرة ملحية أثناء حدوث تفاعل الأكسدة والاختزال؟
الحل: في حالة عدم وجود القنطرة الملحية داخل كل حاوية تحتوي على المعادن ، سيبدأ تفاعل الأكسدة والاختزال بنفس الطريقة تقريبًا. لكن في غياب القنطرة الملحية ، سينتهي الأمر نفسه بشكل مفاجئ. لن تتمكن الحلول المعنية من الحفاظ على حيادها الكهربائي. بخلاف ذلك ، لن يكون هناك تغيير في التفاعل الكيميائي أو أي تغيير من أي نوع بسبب عدم وجود قنطرة ملحية أو الوسيط.